Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Семенов Иван Андреевич. Исследование напряженно-деформированного состояния структурно-неоднородной среды : на примере обработки резанием композиционных материалов со сферической формой армирующего зерна : диссертация ... кандидата технических наук : 05.03.01 / Семенов Иван Андреевич; [Место защиты: Рос. ун-т дружбы народов].- Москва, 2009.- 188 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/2108


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

Стр.
ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Обзор структурно-неоднородных материалов 9

1.1.1 .Классификация структурно-неоднородных ^ q

материалов.

1.1,2.Виды композитов армированных волокнами. ^ j

Особенности строения. Применение.

1.1.3 .Виды композитов армированных частицами. ^ ^

Особенности строения. Применение.

1.1 АНаплавы, как отдельный вид структурно- j у

неоднородных материалов.

1.2. Деформирование и разрушение структурно-неоднородных
материалов.

1.2.1.Особенности деформирования и разрушения композиционных материалов на полимерной основе с волокнистыми наполнителями.

1.2.2.Особенности деформирования и разрушения композиционных материалов с дискретными наполнителями в виде частиц.

  1. Особенности обработки структурно-неоднородных ^ 1 материалов резанием.

  2. Математические модели. 34

  3. Постановка цели и задачи исследования. 44

ГЛАВА 2. ПОЛЯРИЗАДИОННО-ОПТИЧЕСІШЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ СТРУКТУРНО-НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД.

  1. Выбор метода экспериментальных исследований 48

  2. Основы моделирования поляризационно-оптическим _,-методом

  3. Методика экспериментальных исследований поляризационно-оптическим методом.

2.3.1. Физическая суть поляризационно-оптического
метода и принимаемые допущения.

2.3.2. Методика расчета напряжений для любой точки
исследуемой модели.

  1. Оборудование для проведения экспериментальных исследований.

  2. Тарировка оптического дискового динамометра и нагружающего устройства.

2.3.5. Описание экспериментов. 71

2.4. Обработка и анализ экспериментальных данных 74

  1. Поляризационно-оптическая модель №1. Напряжено-деформированное состояние в армирующей фазе.

  2. Поляризационно-оптическая модель №2. Напряжено-деформированное состояние в матричной фазе.

  3. Обобщение данных, полученных на моделях №1,

№2, построение поверхностных графиков распределения 83

напряжений.

2.5. Выводы по главе. 86

ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО 88

СОСТОЯНИЯ.

3.1. Математическое моделирование напряженно-
деформированного состояния регулярной структурно- 88
неоднородной среды.

  1. Методика расчета напряженно-деформированного состояния в отдельно взятом зерне.

  2. Построение математической модели регулярной структурно-неоднородной среды.

3.2. Компьютерное моделирование напряженно-
деформированного состояния структурно-неоднородной среды . 98
со случайной структурой.

  1. Современные программы и методы математического QQ моделирования.

  2. Обоснование выбора программного продукта для 1« , компьютерного моделирования.

3.2.3 Основные допущения и алгоритм расчета. 105

  1. Описание процесса создания модели 109

  2. Программа генерирования двухкомпонентной 1. ~ структурно-неоднородной среды.

  3. Создание конечно-элементной модели в среде .. SolidWorks - CosmosWorks.

3.2.7.Результаты моделирования. Обработка и анализ 1. _

экспериментальных данных.

3.3. Выводы по главе 119

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ И

РАЗРУШЕНИЯ СРЕДЫ, ИМИТИРУЮЩЕЙ СТРУКТУРУ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НАПЛАВОВ СО СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМОЙ АРМИРУЮЩЕГО ЗЕРНА.

  1. Методика измерения силовой неоднородности при резании. 123

  2. Теоретический расчет силы резания. Выбор измерительного 19^ оборудования.

  3. Описание модели и используемого оборудования. 129

4.4. Планирование эксперимента. Полный факторный ._.
эксперимент.

  1. Выбор факторов и уровней 136

  2. Выбор переменной отклика 138

  3. Выбор математической модели. Матрица 1 _„ планирования эксперимента.

4.5. Тарировка экспериментальной установки. 142

4.6. Проведение эксперимента и анализ экспериментальных 1 .-
данных.

4.7. Выводы по главе. 154

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ 157

ЛИТЕРАТУРА 160

ПРИЛОЖЕНИЯ 168



Введение диссертации:

Актуальность темы. В настоящее время в машиностроении все большую популярность завоевывают композиционные материалы. Они обладают многими положительными конструкционными, физическими, химическими и др. свойствами. Свойства современных композиционных материалов закладываются еще на этапе их проектирования. В зависимости от предъявляемых к будущим деталям требований могут выбираться соответствующие матрица и наполнители. В результате можно добиться более высоких прочностных характеристик при меньшей плотности материала, задать коррозионную стойкость, высокие демпфирующие свойства, хорошую электропроводимость либо наоборот свойства диэлектрика, и т.д. Как правило, технология производства композиционных материалов менее энергоёмка, нежели при производстве традиционных сталей и сплавов, т.к. не требует плавления составляющих. Положительным моментом при этом является высокая точность отливок. Минимальная литейная усадка позволяет получать заготовки, требующие только чистовой обработки, а в ряде случаев не требующие механической обработки как таковой.

Развитие машиностроения требует постоянного совершенствования параметров станков, качества изготавливаемых деталей, более высоких экономических показателей как механообработки в частности, так и отрасли в целом. Это ведёт к поиску и проведению исследований по применимости новых материалов, которые откроют возможности для реализации новых конструктивных решений и технологических процессов. Именно с разработкой и широким применением композиционных материалов связываются перспективы прогресса в машиностроении.

Композиционные материалы с армирующей фазой в виде сферических зерен могут сочетать в себе не только уникальные физико-механические свойства, но и являются значительно более технологичными, чем композиты на основе дробленых армирующих частиц. Сферические зерна позволяют в ряде случаев при создании заготовки либо готовой детали использовать раздельную подачу материала

матричной и армирующей фаз, что дает возможность автоматизации процесса. Яркими примерами являются плазмотроны, где транспортирующим газом в дугу постоянного тока, горящую в потоке плазмообразующего газа, подаются материал матрицы и наполнителя. Также перспективным направлением считается создание промышленных принтеров, способных воссоздавать по предварительно введенной трехмерной модели деталь либо сооружение. Подачу композиционного состава можно сравнить с работой картриджа струйного принтера, выдающего необходимое количество нужных цветов по заданному алгоритму. Сферическая форма зерна позволяет использовать сопла с диаметром, сопоставимым с диаметром наибольших зерен, что дает возможность точной дозировки материала и четкого соблюдения (а . также варьирования) пропорций.

Однако механика обработки таких материалов резанием изучена недостаточно. В отличие от подавляющего числа конструкционных материалов, в данном случае процесс обработки, как правило, проходит без образования стружки. Он больше похож на процесс поверхностного разрушения, который изучен в гораздо меньшей степени, чем стружкообразование. Поэтому представляет научный и практический интерес исследование напряженно-деформированного состояния в частности и механики процесса разрушения такого материала в целом в зоне, граничащей с режущим лезвием. Знание параметров этого процесса может помочь правильно выбирать параметры необходимого оборудования и оснастки, назначать режимы резания, обеспечивающие необходимые технические требования, шероховатость обрабатываемой поверхности, стойкость режущего инструмента.

Цель работы - исследование напряженно-деформированного состояния и установление рациональных режимов обработки структурно-неоднородных композиционных материалов со сферической формой армирующего зерна.

Для достижения указанной цели В диссертации были поставлены

- следующие задачи:

  1. Разработать поляризационно-оптическую модель, имитирующую неоднородность структуры двухкомпонентного композиционного материала со сферической формой армирующего зерна;

  2. Выполнить исследование поляризационно-оптическим методом напряжений в модели структурно-неоднородной среды;

3. Выполнить сравнение напряжений и деформаций, полученных на основе
метода фотомеханики и путем аналитического расчета структурно-неоднородной
среды, как многозвенной статически неопределимой системы;

4. Разработать методику и вспомогательные программы для
компьютерного моделирования полей напряжений и деформаций и выполнить
компьютерные эксперименты;

5. Разработать физические модели структурно-неоднородных сред и
провести экспериментальное исследование процесса стружкообразования при
варьировании гранулометрическим составом и выбираемыми режимами резания;

6. Провести оценку силовой неоднородности при физическом
моделировании резания структурно-неоднородной среды и построить
математическую модель.

Методика исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Использованы основные положения теории резания, теории упругости, прочности и разрушения, фотомеханики, компьютерного моделирования и программирования, планирования эксперимента и математической обработки экспериментальных данных.

Научная новизна проведенной работы состоит в следующем:

  1. Разработана методика поляризационно-оптического моделирования полей напряжений в структурно-неоднородных средах;

  2. Разработаны поляризацнонно-рптические и компьютерные модели,

позволяющие проводить исследования напряженно-деформированного состояния

в двухкомпонентных композиционных материалах со сферической формой армирующего зерна, возникающего при механической обработке;

3. Построены математические модели, позволяющие прогнозировать
качество обработанной поверхности и величину силовой неоднородности при
обработке двухкомпонентных композиционных материалов со сферической
формой армирующего зерна;

4. Разработана методика изучения силовой неоднородности при
1 физическом моделировании процесса резания структурно неоднородной среды.

Практическая значимость работы определяется:

разработанными моделями, устройствами и методами для поляризационно-оптических исследований полей напряжений в ( двухкомпонентных структурно-неоднородных средах;

- разработанной программой генерации случайной двухкомпонентной
структуры композиционного материала со сферической формой армирующего
зерна;

- математическими моделями для определения величины шероховатости
(среднего арифметического отклонения профиля) и максимальной амплитуды
колебаний силы резания.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций