Определение технологических параметров автоматизированного изготовления гнутых листовых деталей корпуса судна ротационно-локальным деформированием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.04, кандидат технических наук Марголин, Яков Григорьевич

• Марголин, Яков Григорьевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Марголин, Яков Григорьевич

Введение.

1. Анализ технологических методов и оборудования для изготовления гнутых листовых деталей судового корпуса. Определение области и направлений исследований.

1.1 .Виды корпусных гнутых листовых деталей, применяемых при постройке различных типов судов и критерии классификации их формы.

1.2.Обзор современных технологий и оборудования для изготовления гнутых листовых деталей корпусов судов.

1.3. Анализ области применения ротационно-локального способа изготовления гнутых деталей обшивки судового корпуса.

1.4.Выводы и постановка задачи исследования.

2. Разработка компьютерной модели изгиба листовых заготовок деталей корпуса судна при локально-^,®тацйонне>м;деформировании. \vtvv

2.1 .Выбор методов и программно-аппаратных средств моделирования процессов ротационно-локальной гибки листовых деталей.

2.2.Выбор исследуемых типов и схем деформирования заготовок.

2.3.Выбор закона упрочнения для моделирования свойств материала листовой заготовки.

2.4.Выбор типов конечных элементов для моделирования листовой заготовки.

2.5.Решение контактной задачи изгиба листа. Оценка возможности использования упрощенных схем расчета напряженно-деформированного состояния.

2.6.Разработка расчетных схем ротационно-локального деформирования.

2.7.Разработка компьютерной модели процесса ротационно-локального деформирования.

2.8.Вывод ы.

3. Исследование изменения геометрических параметров листа при изгибе в процессе ротационно-локального упруго-пластического деформирования.

ЗЛ.Расчетно-экспериментальные исследования изменения формы листовой заготовки при моделировании траектории деформирования точечными нажатиями.

3.2.Расчетно-экспериментальное исследование изменения формы листовой заготовки при моделировании прокатки по прямой линии.

3.3.Определение рациональных траекторий для гибки деталей типовых форм.

3.4.Исследование влияния последовательности прокатки на формоизменение листовой детали.

3.5.Вывод ы.

4. Определение основных принципов создания технологии и оборудования для реализации автоматизированной ротационно-локальной гибки листовых деталей корпуса судна.

4.1.Разработка алгоритма итерационного процесса гибки листовых деталей.

4.2.Апробация алгоритма итерационного процесса гибки листовых деталей.

4.3. Основные технологические параметры автоматизированного изготовления гнутых листовых деталей корпуса судна ротационно-локальным деформированием.

4.4.Вывод ы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Определение технологических параметров автоматизированного изготовления гнутых листовых деталей корпуса судна ротационно-локальным деформированием»

Основным направлением реконструкции верфей мира в начале XXI века является переход от принципов поточно-позиционной технологии на базе частично оснащенных автоматизированным оборудованием механизированных линий к принципам групповой технологии, основанной на автоматизированных многофункциональных обрабатывающих центрах и роботизированных комплексах.

Данный переход обеспечивает:

- качественно новые показатели производительности и точности изготовления судокорпусных деталей и конструкций, исключение пригоночных работ;

- кардинальное снижение трудоемкости судокорпусных работ, фондо-, энерго- и ресурсоемкости производства;

- резкое повышение компактности верфей за счет сокращения площадей и коммуникаций реконструируемых производств;

- прогрессирующее применение в судостроении и управлении производством CAD/CAM/CAE и корпоративных информационных систем.

На ряде прошедших реконструкцию ведущих иностранных верфей в конце 90-х годов были созданы автоматизированные центры вырезки, маркирования, разметки и комплектации листовых деталей, сборки и лазерной сварки плоских секций, позволившие перейти на новый уровень экономичности и качества производства (верфь Odense, Дания, Meyer, Германия, Fincantieri, Италия и др.) [13,23].

В настоящее время имеет место отставание в области автоматизации листогибочных работ. Существующие образцы автоматизированных листогибочных вальцов и портальных прессов используются только для изготовления деталей относительно простых форм. Применение в судостроении технологии и оборудования ротационно-локального формообразования обеспечивает получение листовых деталей обшивки корпуса практически любой формы. В данный момент созданию технологии автоматизированной ротационно-локальной гибки (РЛГ) препятствует недостаточная изученность этого процесса, отсутствие разработанных моделей формоизменения детали при гибке в зависимости от параметров управления оборудованием и управляющих программ.

Целью данной диссертационной работы является создание научно-методических основ, обеспечивающих сокращение трудоемкости и повышение эффективности разработки программного обеспечения для расчетного получения управляющих программ автоматизированного оборудования, реализующего технологию РЛГ листовых деталей.

В первом разделе диссертации выполнен анализ технологических процессов и оборудования для изготовления гнутых деталей корпуса судна. Рассмотрены существующие виды гнутых судокорпусных деталей, произведен анализ эффективности применяемых технологий изготовления типовых деталей. Проанализирована область применения ротационно-локального способа формообразования.

Во втором разделе проведен анализ существующих способов моделирования. Построение модели исследуемого процесса ротационно-локального деформирования осуществлено методом конечных элементов. Выполнено сравнение производительности вычислительной техники на базе специализированных многопроцессорных расчетных станций и современных персональных ЭВМ, обоснован выбор программно-аппаратного обеспечения расчетов.

Выбраны модели поведения материала заготовки в процессе гибки, исследуемые типы и схемы деформирования заготовок, типы конечных элементов, разработаны расчетные схемы и компьютерные модели (КМ) процесса ротационно-локального деформирования (РЛД) на основе программного комплекса (ПК) ANS YS. Решены контактные и неконтактные задачи изгиба листа при различной разбивке листовой заготовки и оснастки на конечные элементы. Выполнено сравнение полученных результатов и оценена возможность использования упрощенных схем расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) деталей. Разработана модель процесса РЛГ, определен необходимый перечень исходных данных и выполнен анализ основных допущений.

В третьем разделе исследованы изменения геометрических параметров листа при изгибе в процессе ротационно-локального упругопластического деформирования.

Выполнены расчетно-экспериментальные исследования формоизменения стальной листовой заготовки при деформировании точечными нажатиями и при прокатке по прямой линии. Выявлены зависимости остаточного прогиба, требуемого усилия от задаваемого прогиба, основные закономерности в изменении формы детали при увеличении стрелки прогиба. Найдены рациональные траектории >ибки деталей типовых форм. Исследовано влияние последовательности прокатки на результирующую форму детали в зависимости от различных значений управляемых параметров.

В четвертом разделе определены основные принципы создания технологии, реализующей автоматизированную РЛГ листовых деталей корпуса судна. Разработаны алгоритмы итерационного процесса гибки, проведена апробация итерационной процедуры и выработаны рекомендации по определению количества и шагов параметров итераций. Определены основные технологические параметры автоматизированного изготовления гнутых листовых деталей корпуса судна ротационно-локальным деформированием.

Заключение диссертации по теме «Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства», Марголин, Яков Григорьевич

4.4. Выводы

1. Разработан алгоритм управляемого автоматизированного процесса гибки листовых судокорпусных деталей на основе итерационной процедуры.

2. Разработанная модель может выполнять функцию имитатора работы гибочного оборудования и системы контроля формы детали для отладки итерационных алгоритмов гибки.

3. По результатам апробации выработаны рекомендации по рациональному количеству итераций гибки и выбору параметров нагружения для каждой итерации.

4. Определены основные технологические параметры автоматизированного изготовления гнутых листовых деталей корпуса судна ротационно-локальным деформированием

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения исследований получены следующие основные результаты:

1. Разработаны расчетные модели процессов ротационно-локального деформирования листового проката на основе метода конечных элементов.

2. Исследовано напряженно-деформированное состояние листовых заготовок при различных схемах приложения формоизменяющих воздействий и способах их моделирования. Определены рациональные траектории для основных типов листовых деталей обшивки корпусов судов.

3. Показано, что рациональные траектории гибки деталей типовых форм совпадают с линиями равной кривизны при приложении постоянного перемещения по траекториям.

4. Предложено использование упрощенных моделей для определения НДС и геометрических параметров листовых деталей с применением эквивалентных опор.

5. Показана эффективность управления стрелкой прогиба и возможность управления процессом изготовления деталей на основе пропорциональной зависимости между заданным и остаточным прогибами при ротационно-локальном изгибе.

6. Выявлено, что заданный прогиб является управляемым параметром, инвариантным к свойствам материала заготовки.

7. Предложен способ определения эффективного диапазона деформирования при управлении вертикальным перемещением.

8. Решена задача определения влияния направления и последовательности прокатки по траекториям гибки в пределах найденного эффективного диапазона.

9. Построена итерационная модель автоматизированного технологического процесса бесшаблонной гибки листовых деталей произвольной конфигурации.

115

10. Решена задача о подходах к получению заданной формы детали за конечное количество итераций при условии постоянного недогиба.

11. Определены основные технологические параметры автоматизированного изготовления гнутых листовых деталей корпуса судна ротационно-локальным деформированием.

12. Показана целесообразность использования существующих вычислительных ресурсов предприятий для решения сложных задач на основе МКЭ с применением технологии параллельных и распределенных вычислений.

Разработанные расчетные схемы для решения неконтактных задач МКЭ могут быть использованы не только для моделирования процессов РЛГ, но и при решении других задач как судостроения, так и прочих отраслей промышленности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Марголин, Яков Григорьевич, 2000 год

1. Александров В.Л., Горбач В.Д., Куклин О.С., Шабаршин В.П. Высокие и прорывные технологии гибки и правки // Вестник технологии судостроения. 1998. №4.

2. БезуховН.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. М.: Высшая школа, 1968.

3. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.:Физматгиз, 1962.

4. Бронштейн И.Н., Семендяев К. А. Справочник по математике. М.: изд. физико-математической литературы, 1959.

5. Бронштейн С.И., Зеличенко АЛ. Гибка листовой стали на станках типа ЛГС. Л.:Речной транспорт, 1956.

6. Быков В.А. Механические свойства металлов. Часть 1. Л., ЛКИ, 1970.

7. Быков В.А. Пластичность, прочность и разрушение металлических судостроительных материалов. Л.:Судостроение, 1974.

8. Варданян Г.С., Андреев В.И. и др. Сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности. М.: АСВ, 1995.

9. Васильева В.И., Куклин О.С., Шабаршин В.П., Ширшов В.Г. Технология и оборудование для изготовления корпусных деталей из алюминиевых сплавов. Л. .-ЦНИИ «Румб», 1983.

10. Веселков В.В., МарголинЯ.Г. «Требования к информационному обеспечению математического моделирования процессов изготовления гнутых листовых деталей». Доклад на конференции «МОРИНТЕХ-99». СПб.: ООО «НИЦ «Моринтех», 1999

11. Горбач В.Д., Куклин О.С., БрукМ.Б., Попов В.И., Соколов О.В., Шуньгин В.Ю. Многофункциональная гибочно-правильная машина // Описание изобретения к патенту Российской Федерации №2129929.

12. Горбач В.Д., Соколов О.Г., Левшаков В.М., Чабан В.Л., А.А.Васильев, Игнатов А.Г. «Опыт использования лазерных технологий в судостроении» // Судостроение, №1, 2000г.

13. Гульдер Дж.Н., Ходж Ф.Г. Упругость и пластичность. М.: Изд-во иностранной литературы, 1960.

14. Густиано Ди Филиппо, Лучано Манзони, Паоло Мачио. «Комплексный корпусообрабатывающий цех: реальные пути автоматизации производства». Перевод статьи из журнала Journal of ship production, Nov. 1998, vol. 14, №4

15. Журавлев В.И., Николаева О.И. Машиностроительные стали. М.: Машиностроение, 1981.

16. Заготовки листовые и профильные. Типовой технологический процесс гибки и правки локальным деформированием на многофункциональных гибочно-правильных станках. РД 5Р. ГКЛИ-0101-203-93. СПб, 1993.

17. Зенкевич О. «Метод конечных элементов в технике». Перевод с английского. М., «Мир», 1975

18. Информационные материалы, демонстрационные версии программ с Интернет-сайтов компаний-разработчиков ANSYS, MSC Software (NASTRAN, PATRAN, MARC), COSMOS и др.

19. Промежуточный отчет о НИР. Шифр темы «Гибка» ГКЛИ 3210-017-99. СПб, ЦНИИТС, 1999.

20. Ишлинский А.Ю. «Общая теория пластичности с линейным упрочнением». Укр. Мат. Журн., 1954, т.6, №3.

21. Качанов JI.M. Механика пластических сред. ОГИЗ Государственное издательство технико-теоретической литературы. Ленинград, 1948

22. Концепция развития судокорпусного производства до 2010 года. ГКЛИ-3210-035-2000 // ФГПУ ЦНИИТС, СПб, 2000

23. Кочетков A.B., Бржозовский Б.М., Челпанов И.Б. Формообразование сложнопрофильных деталей на технологических роботах гибки с растяжением. Саратов: СГТУ, 1996.

24. Куклин О.С. Теория и расчет процессов холодной гибки высокопрочных сталей и легких сплавов. Л,:ЦНИИ «Румб», 1982.

25. Куклин О.С., Брук М.Б. Гибочно-правильный станок // Описание изобретения к патенту Российской Федерации №2102170.

26. Куклин О.С., Брук М.Б. Технология и оборудование для формообразования толстостенных оболочек и их элементов. Л.:ЦНИИ «Румб». 1996.

27. Куклин О.С., Брук М.Б., Попов В.И., Шуньгин В.Ю. Перспективные процессы холодной гибки листовых деталей // Вестник технологии судостроения. 1998. №4.

28. Куклин О.С., Быков В.А. Деформируемость и работоспособность корпусных сталей. Л.-.ЦНИИ «Румб», 1989.

29. Куклин О.С., Левшаков В.М. Прорывные технологии гибки и правки // Труды второй международной конференции по морским интеллектуальным технологиям. 1997.

30. Куклин О.С., Михайлов B.C., Ширшов И.Г. Проблемы повышения качества изготовления корпусных конструкций. Л.:ЦНИИ «Румб», 1988.

31. Куклин О.С., Попов В.И., Брук М.Б., Шуньгин В.Ю. Новое поколение гибочно-правильного оборудования // Судостроение. 1997. №3.

32. Куклин О.С., Ширшов И.Г., Шабаршин В.П. Пути автоматизации гибки листовых деталей судового корпуса // Судостроение. 1980. №1.

33. ЛысовМ.И. Теория и расчет процессов изготовления деталей методами гибки. М.: Машиностроение, 1966.

34. ЛысовМ.И., ЗакировИ.М. Пластическое формообразование тонкостенных деталей авиатехники. М. Машиностроение, 1966.

35. МалининН.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение, 1975.

36. МарголинЯ.Г. «Компьютерное моделирование процессов изготовления гнутых листовых деталей». Труды международного форума по проблемам науки, техники и образования. // Под ред. В.П. Савиных, В.В. Вишневского. -М.:Академия наук о Земле, 1999, 186с.

37. Мацкевич В.Д., Ганов Э.В. и др. Основы технологии судостроения. Л.: Судостроение, 1980.

38. Микляев П.Г., Дуденков В.М., Сопротивление деформации и пластичность алюминиевых сплавов. М.:Металлургия, 1979.

39. Москалев А.Т., Никонов С.Н. Судовой гибщик. Л.-.Судостроение, 1968.

40. Мошнин E.H. Гибка, обтяжка и правка на прессах. М.: Машиностроение, 1959.

41. Мошнин E.H. Технология штамповки крупногабаритных деталей М. Машиностроение, 1973.

42. Мошнин E.H., Гибка и правка на ротационных машинах.1. М.: Машиностроение, 1967.

43. Писаренко Г.С., Можаровский Н.С., Уравнения и краевые задачи теории пластичности и ползучести. Киев.: Наука думка, 1981.

44. Поздеев A.A., Няшин Ю.И., Трусов П.В. «Остаточные напряжения. Теория и приложения». М., Изд. «Наука», 1982.

45. Постнов В.А. «Теория пластичности и ползучести». Д., ЛКИ, 1975

46. Постнов В.А. Хархурим И.Я. «Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций». JL: Судостроение, 1974.

47. ПрагерП., ХоджФ.Г., Теория идеально пластических тел. М.: Изд-во иностранной литературы, 1956.

48. Проспекты фирм Volkswerft GmbH Stralsund IBM, MTW Schiffswerft, Nieland, Colly Bombled.

49. РвачевВ.Л., Проценко B.C., Контактные задачи теории упругости для неклассических областей. Киев: Наукова думка, 1977.

50. Рогалев И.А. Холодная гибка стальных листов под прессом. Л.: Судпромгиз, 1951.

51. Рогалев И.А., Трескунов П.И. Гибочные работы в судостроении. Л.: Судпромгиз, 1953.

52. Родионов A.A., УпыревВ.М., Шуньгин В.Ю. Математическое моделирование процессов упругопластического формообразования листов судовой поверхности // Труды Второй международной конференции по морским интеллектуальным технологиям. СПб, 1997.

53. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М.: «Мир», 1979

54. Сипилин П.М. Классификация корпусных деталей и определение основных параметров технологического процесса. «Судостроение», №2, 1970.

55. Сипилин П.М. Механизация и автоматизация технологических процессов в корпусообрабатывающих цехах. «Судостроение», № 10, 1970

56. Сипилин П.М., Зефиров И.В., Обработка корпусной стали. Л.: Судостроение, 1972.

57. Ситников А.Н., Веселков В.В., Куклин О.С., Платонов Ю.И., Марголин .Г. Компьютерное моделирование и экспериментальная проверка процессов ротационно-локальной гибки. С-Пб, Судосторение, 1999. № 6.

58. Ситников А.Н., Куклин О.С. «Программно-управляемые технологии и оборудование бесшаблонной гибки листового проката». Доклад на конференции «МОРИНТЕХ-99». СПб.: ООО «НИЦ «Моринтех», 1999

59. Смирнов Аляев Г.А., Чикидовский В.П. Экспериментальные исследования в обработке металлов давлением. Л.: Машиностроение, 1972.

60. Смирнов Аляев ГА. Сопротивление материалов пластическому деформированию. М.: Машиностроение, 1972.

61. Соколовский .В. Теория пластичности. М.: Высшая школа, 1969.

62. Степанов .Г., Брук .Б. и др. Штамповка элементов корпусных конструкций. Л.: Судостроение, 1972.

63. Тарновский .Я., Леванов .И., Поксеваткин М.И. Контактные напряжения при пластической деформации. М.: Металлургия, 1966.

64. Технология судостроения / Под ред. В.Д. Мацкевича. Л.: Судостроение, 1971.

65. Тимошенко С.П. Курс теории упругости. Киев: Наукова думка, 1972.

66. ТомленовА.Д. Теория пластичности деформирования металлов. М.: Металлургия, 1972.

67. Требушко О.И. Основы теории упругости и пластичности. М.: Наука, 1984.

68. Третьяков A.B. Механические свойства сталей и сплавов при пластическом деформировании. М.: Машиностроение, 1971.

69. У исков Е.П., ДжонсонУ., Колмогоров В. Л. и др. Теория пластических деформаций металлов. М.: Машиностроение, 1983.

70. Холодная гибка листов сложной кривизны под гидравлическими прессами. Руководящие материалы. Л.: ЦНИИТС, 1951.

71. Шабаршин В.П., Ширшов И.Г., Куклин О.С. Современные средства технологического оснащения корпусообрабатывающих цехов. Л.: ЦНИИ «Румб», 1985.

72. Шуньгин В.Ю. «Исследования и разработка технологических процессов ротационно-локальной гибки листовых деталей обшивок корпусов судов». СПб, 1999.

73. Шуньгин В.Ю., Брук М.Б., Попов В.И. Анализ силовых и энергетических параметров гибочно-правильного оборудования // Труды второй международной конференции по морским интеллектуальным технологиям. СПб., 1997.

74. ANSYS/ED Help System for Release 5.4. SAS IP, 1997

75. Chung Doo Jang Seung II Seo and Dae Eun Ко/ A study on the Prediction of Deformations of Plates Due to line Heating a Simplified Thermal Elasto-Plastic Analysis // Journal of Ship Production. 1997. №1.123

76. Hardt D., Wright A., Constantine E. A Design- Oriented Model of Plate Forming for Shipbuilding // Journal of Ship Producnion. 1990. №4.

77. Jong Gue Shin and Won Don Kim/ Kinematic Analysis of the Process Planning for Compounding // Journal of Ship Production. 1997. № 1.