Разработка технологии и машины для производства низкопрофильных витых труб тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.05, кандидат наук Паршин, Сергей Владимирович

• Паршин, Сергей Владимирович
• кандидат наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат наук Паршин, Сергей Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ И МАШИН ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРОФИЛЬНЫХ ВИТЫХ ТРУБ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Особенности геометрии низкопрофильных витых труб

1.2. Анализ существующих способов и особенностей конструкций машин для производства ПВТ

1.3. Методы теоретического исследования параметров очага деформации при изготовлении профильных труб

1.4. Постановка задач исследования и разработки новой установки для производства НПВТ

ВЫВОДЫ

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЕФОРМАЦИИ МЕТАЛЛА ПРИ ПОЛУЧЕНИИ НПВТ

2.1. Схема очага деформации при профилировании НПВТ

2.1.1. Допущения, принятые при построении геометрической модели и граничные условия в очаге деформации

2.2.- Выбор метода теоретического исследования и способа его реализации

2.3. Основные уравнения, описывающие напряженно -деформированное состояние металла при профилировании

2.3.1. Уравнения деформационной теории пластичности

2.3.2. Вариационное уравнение

2.3.3. Методика расчета степени использования запаса пластичности металла

2.4. Применение метода конечных элементов для численной реализации модели

ВЫВОДЫ

3. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА НА НАПРЯЖЕННО - ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛА В ОЧАГЕ ДЕФОРМАЦИИ И СТЕПЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗАПАСА ПЛАСТИЧНОСТИ

3.1. Описание конечно - элементной модели и оценка точности решения

3.2. Распределение давления по поверхности деформирующего инструмента

стр

3.3. Напряженное и деформированное состояние при профилировании

3.4. Степень использования запаса пластичности

3.5. Зависимость усилия от глубины вдавливания

ролика и упругая деформация трубы

3.6. Определение нагрузок при изготовлении пакеров профильного перекрывателя 108 ВЫВОДЫ

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕФОРМАЦИИ И РАЗРАБОТКА НОВОЙ МАШИНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НПВТ

4.1. Цели и задачи экспериментального исследования

4.2. Аппаратура и приспособления

4.2.1 Экспериментальная установка для исследования процесса профилирования труб

4.2.2 Аппаратура для микроструктурного анализа

металла трубы

4.2.3 Аппаратура и методика для сканирования поверхности

4.3. Методика подготовки образцов

4.4. Результаты исследования усилий и деформаций при профилировании труб на экспериментальной установке

4.5. Определение деформированного состояния микроструктурным методом

4.6. Исследование формоизменения при производстве

НПВТ методом лазерного сканирования

4.7. Особенности технологии производства НПВТ

4.8. Описание новой установки для производства НПВТ 144 ВЫВОДЫ 151 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 152 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 154 ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии и машины для производства низкопрофильных витых труб»

ВВЕДЕНИЕ

Профильные трубы, имеющие некруглое поперечное сечение находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Так, например, трубы, представляющие собой в поперечном сечении несколько плавно сопряженных кривых составляют основу профильных перекрывателей нефтяных и газовых скважин, которые позволяют весьма эффективно выполнять изоляцию зон осложнения при бурении. Профильные трубы, имеющие каплеобразную форму поперечного сечения и переменную по длине толщину стенки, составляют основу несущего винта вертолета. Особое место занимают профильные витые трубы, имеющие на поверхности одну или несколько винтовых канавок. Этот вид труб находит широкое применение в теплообменных аппаратах различных типов.

Принятый Государственной Думой РФ Федеральный закон №28-ФЗ от 13 марта 1996 года «Об энергосбережении» ставит своей целью регулирование отношений, возникающих в процессе деятельности в области энергосбережения, в целях создания экономических и организационных условий для эффективного использования энергетических ресурсов [1].

Особенно остро проблемы энергосбережения стоят в тех отраслях, которые являются основными потребителями топливных, энергетических и тепловых ресурсов [2]. К ним в первую очередь можно отнести теплоэнергетическую, металлургическую, химическую и другие отрасли промышленности. Все указанные производства имеют в своем составе значительное количество теплообменных аппаратов различных типоразмеров. Таким образом, повышение эффективности их работы способно значительно уменьшить энергопотребление в этих отраслях.

Известно несколько способов интенсификации теплообмена, при этом для трубчатых теплообменников, составляющих большую часть имеющихся в наличии на настоящий момент, среди основных может быть назван способ, интенсифицирующий теплообмен в приграничных (прилегающих к поверхностям разделения теплоносителей) областях. Достигается это применением профилированных труб, что приводит к существенному изменению гидродинамики потоков теплоносителей как внутри, так и снаружи трубы, повышению коэффициента теплопередачи и, как следствие, к значительному повышению интенсивности процесса теплопередачи [3].

Отработка конструкции изделия на технологичность согласно ГОСТ 14205-83 должна обеспечить снижение расхода топливно-энергетических ресурсов при его применении. Таким образом, коэффициент повышения теплопередачи является частным показателем технологичности изделия (теплообменника).

Вместе с тем, применение таких труб приводит также к повышению гидравлического сопротивления теплового аппарата, и, как следствие, возрастанию энергозатрат на перекачивание жидкости, что снижает эффективность их использования. В ряде случаев это может привести к необходимости модернизации или замены перекачивающего оборудования [4].

В каждом конкретном случае следует находить такую форму профиля, при которой интенсификация теплообмена через стенку трубы не сопровождалась бы чрезмерно большим повышением гидравлического сопротивления. Эта задача особенно актуальна для тех случаев, когда внутри труб перекачивается среда, имеющая значительный удельный вес или вязкость. Опыт показал, что в некоторых случаях небольшое изменение формы внутренней поверхности труб позволяет достичь поставленной цели. Так, например, трубы, имеющие внутреннее кольцевое оребрение высотой не более 0,3 .. 0,5 мм позволяют весьма значительно интенсифицировать теплообмен [5].

Получение профильных витых труб рационально выполнять путем их деформирования одним или несколькими роликами при условии вращения трубы или блоков роликов. В зависимости от глубины вдавливания ролика могут быть получены трубы двух типов. Для первого типа характерна достаточно большая глубина вдавливания, а стенка имеет вдоль образующей плавные закругленные очертания. Такие трубы носят название спирально -профилированные (СПТ). Второй тип профильных витых труб имеет на наружной поверхности следы, соответствующие очертаниям ролика, а на внутренней поверхности - слегка выпуклую форму. Стенка трубы между канавками имеет практически неизмененную конфигурацию исходной трубы. Характерная глубина вдавливания ролика здесь меньше, чем в первом случае. Такой вид труб может быть назван низкопрофильными витыми трубами (НПВТ).

Механизм развития пластических деформаций при профилировании витых труб в общем виде можно представить следующим образом. В том случае, когда глубина канавки профиля h составляет около 10% от диаметра трубы D и используется ролик, имеющий торообразную форму, то в начальный момент профилирования радиальное движение профилирующего ролика приводит к прогибу стенки трубы, а толщина стенки не изменяется. При этом существует зона внеконтактной деформации, имеющая большую протяженность. Однако если глубина вдавливания ролика значительно меньше указанной выше относительной величины h/D, например, около 2-3%, а сам ролик имеет форму плоского диска или слегка закругленные края, то механизм деформации меняется существенным образом. В этом случае потери устойчивости стенки трубы не происходит, стенка практически не изгибается, а под роликом происходит ее местная деформация в пределах геометрического

очага деформации с незначительным утонением стенки. При этом внеконтактные зоны весьма малы.

Таким образом, форма и параметры очага деформации при местной деформации стенки трубы значительно отличаются от таковых для случая деформации стенки трубы при получении СПТ. Эти геометрические особенности очага деформации при профилировании НПВТ определяют отличия напряженно - деформированного состояния металла, энергосиловых параметров, а также степени использования запаса пластичности. Поскольку поставлена задача производства НПВТ увеличенного диаметра и толщины стенки, то существующие установки не могут быть в полной мере использованы для изготовления таких труб.

Новизна создаваемого процесса предопределила постановку и решение ряда теоретических, экспериментальных и практических задач настоящей работы, которые заключаются в теоретическом исследовании напряженно -деформированного состояния металла при профилировании, определении энергосиловых параметров процесса, расчете запаса пластичности, комплексном экспериментальном исследовании, а также разработке технологии производства НПВТ и машины, позволяющей организовать промышленное производство этих труб.

В первом разделе работы рассмотрены классификация существующих процессов и машин для производства профильно - витых труб, показаны особенности геометрии НПВТ, приведены методы теоретического исследования деформационных и энергосиловых параметров процессов профилирования труб. На основе проведенного анализа выполнена постановка задач теоретического и экспериментального исследования, разработка технологии изготовления НПВТ и новой установки.

Во втором разделе работы построена геометрическая и на ее основе математическая модель очага деформации, учитывающая особенности процесса профилирования НПВТ. В частности показано, что упругие деформации трубы при таком процессе сопоставимы с остаточными (пластическими) деформациями. Для случая упруго - пластического деформирования записаны основные уравнения механики сплошной среды. Упрочнение материала при холодной деформации принято степенным. Найдены выражения для работы упругой и пластической деформации, входящие в выражение полной энергии деформации. Для поставленной задачи записано вариационное уравнение принципа виртуальной работы, обобщающее уравнения равновесия и граничные условия. Приведены основные соотношения, позволяющие решить задачу профилирования методом конечных элементов.

В третьем разделе рассмотрено построение объемной твердотельной компьютерной модели, а также ее конечно-элементного аналога и описаны

основные процессы, позволяющие получить численное решение с необходимой точностью.

На основе использования стандартной программы проведен теоретический анализ зависимости механических переменных очага деформации от параметров процесса при профилировании НПВТ: найдено распределение удельных давлений по поверхности инструмента, величины напряжений и деформаций и инварианты напряженно - деформированного состояния и на этой основе рассчитано использование запаса пластичности. Выполнено также определение упругой отдачи трубы, необходимое для настройки роликов машины. На основе этой же модели рассчитаны также деформационные и энергосиловые параметры процесса накатки кольцевых уплотняющих поясков пакеров профильных экспандируемых труб -перекрывателей нефтяных и газовых скважин.

В четвертом разделе изложены результаты комплексного экспериментального исследования, которое включало изучение процесса деформации труб на натурных образцах, использование микроструктурного анализа шлифов для исследования деформированного состояния металла, а также применение лазерного сканирования для установления конфигурации готовой трубы, формы и размеров контактной поверхности очага деформации.

На основе проведенного теоретического и экспериментального исследования определены параметры оборудования и технологического процесса, что позволило осуществить их разработку.

Научная новизна работы состоит в создании математической модели процесса планетарной обкатки низкопрофильных витых труб роликами, позволяющей определить геометрию очага деформации, напряженное и деформированное состояние металла, энергосиловые параметры процесса, степень использования запаса пластичности и упругую деформацию трубы; получение на базе исследований влияния условий деформаций на механические переменные очага деформации зависимостей, дающих возможность осуществить рациональное построение технологического процесса профилирования, определить параметры и состав оборудования, имеющего повышенные эксплуатационные характеристики для производства труб в заданном типоразмерном ряде.

На защиту вынесены следующие основные положения:

1. Анализ и классификация способов и машин, позволяющих выполнить процесс профилирования труб роликами и полученные на этой основе требования, предъявляемые к машинам, предназначенным для получения НПВТ.

2. Разработка геометрической модели очага деформации при профилировании НПВТ, отражающей особенности этого процесса, создание на этой основе

твердотельной компьютерной модели и конечно - элементной модели, учитывающей упрочнение материала, условия трения и имеющей в своем составе тетраэдральные элементы с их адаптацией в зоне контакта металла и инструмента.

3. Математическая модель процесса деформации при профилировании НПВТ, позволяющая определить геометрические параметры очага деформации, напряженно - деформированное состояние металла, степень использования запаса пластичности, а также упругие деформации трубы в поперечном направлении.

4. Результаты теоретических исследований зависимости механических переменных очага деформации, распределения давления на рабочий инструмент и усилия деформации от условий профилирования труб.

5. Результаты комплексных экспериментальных исследований на натурных трубах, включающие исследования на лабораторной установке, микроструктурный анализ и изучение геометрии труб и очага деформации лазерным и светоотраженным сканированием.

6. Разработка элементов технологии получения НПВТ и конструкции новой машины, имеющей более высокие эксплуатационные свойства и позволяющей получать трубы повышенного качества с более широким диапазоном типоразмеров.

Работа выполнена в соответствии с комплексным планом УГТУ - УПИ, тема № 770 «Теоретические основы разработки новых процессов и машин, обеспечивающих повышение уровня конкурентоспособности производимых изделий» и договорами о совместной работе Татарского научно-исследовательского и проектно - конструкторского нефтяного института (ТатНИПИнефть). Результаты работы используются в учебном процессе кафедры «Металлургические и роторные машины» УГТУ-УПИ при чтении курсов «Математическое моделирование», «Пакеты прикладных программ», «Программное обеспечение САПР», а также при курсовом и дипломном проектировании по специальности «Металлургические машины и оборудование».

Автор выражает благодарность доценту, канд. техн. наук Беляеву С.Ю. и доценту, канд. физ.-мат. наук Огородниковой О.М. за помощь при выполнении работы.

1. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ И МАШИН ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРОФИЛЬНЫХ ВИТЫХ ТРУБ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ

Рассмотрена геометрия профильных витых труб, позволяющих повысить эффективность работы теплообменных аппаратов. Показано, что существует особый класс профильных витых труб, имеющих уменьшенную высоту профиля, и рассмотрены особенности геометрии таких труб. Выполнен анализ существующих способов и машин для изготовления профильных витых труб и на этой основе выделены наиболее существенные признаки, позволяющие на основе их рациональной комбинации разработать наиболее эффективную конструкцию машины. Проанализированы известные ранее способы теоретического исследования процессов, происходящих при профилировании труб.

На этой основе поставлены задачи теоретического и экспериментального исследования параметров очага деформации с целью создания технологии и разработки рациональной конструкции профилирующей машины, позволяющей осуществить процесс производства низкопрофильных витых труб с высокой эффективностью.

1.1. Особенности геометрии низкопрофильных витых труб

В современных условиях повышение стоимости энергоносителей и сырья при производстве тепловой и электрической энергии, а также в металлургической, химической и других отраслях промышленности накладывает свои требования на эффективность работы существующих и вновь устанавливаемых теплообменных аппаратов. Известно несколько способов повышения КПД подобных установок, из которых одним из наиболее действенных является увеличение коэффициента теплопередачи установки. Это увеличение может достигаться за счет применения в теплообменниках профильных витых труб [3, 4].

Такой эффект достигается благодаря ряду причин. В частности наиболее значительное влияние на коэффициент теплопередачи оказывает принудительная турбулизация потока жидкости в трубе, т.е. перевод потока из ламинарного в турбулентное состояние. Происходящее при этом перемешивание внутренних и наружных слоев жидкости в трубе приводит к смещению нагретых (или наоборот, охлажденных) слоев при стенках трубы к оси потока, усреднению температуры по объему трубы и повышению интенсивности теплопередачи.

Имеют место и некоторые другие эффекты. Так, например, для теплообменников пароводяного типа наблюдается эффект повышенного образования конденсата в зоне наружных канавок профиля трубы, что также приводит к интенсификации теплообмена. В теплообменниках выпарных аппаратов для маточного раствора, применяемых в производстве алюминия

использование непрофилированных труб приводит к отложению на стенках труб твердых частиц, которые, в виду сложности конструкции теплообменника, практически невозможно удалить. Отложения резко снижают коэффициент теплопередачи теплообменника, а при длительной эксплуатации могут привести к полному закупориванию отдельных трубок теплообменника. Использование в этих условиях профильно- витых труб (в сочетании с соблюдением соответствующего температурно-скоростного режима работы теплообменника) позволяет добиться почти полного отсутствия отложения твердых частиц на стенках. Происходит самоочистка внутренних стенок трубы из-за высокой турбулентности потока в таких трубах.

В итоге, для различных типов теплообменных аппаратов следует применять такой тип профильных витых труб, который в наибольшей степени отвечает условиям их работы.

Общим для геометрии профильных витых труб является то, что на наружной и внутренней поверхностях таких труб имеются винтовые впадины и выступы той или иной высоты. При этом зачастую изменяется также форма участков трубы, расположенных между выступами или впадинами.

Так, например, широкое применение в теплотехнических устройствах получили так называемые спирально - профилированные трубы. Особенностью геометрии таких труб является то, что винтовые канавки трубы имеют плавные очертания в виде поверхности довольно большого радиуса, а участки трубы между канавками также подверглись деформации и имеют форму выпуклых (на наружной поверхности) или вогнутых (на внутренней поверхности) поверхностей. При этом утонения стенки трубы в винтовых канавках и по всему сечению практически не происходит, в некоторых случаях отсутствуют граница между контактной и внеконтактной зонами.

Поперечное относительно оси трубы сечение представляет собой при трехзаходном профилировании фигуру, подобную криволинейному треугольнику с плавно скругленными вершинами. Трубы такого типа позволяют активно турбулизировать поток.

Вместе с тем, применение указанной выше формы труб приводит к тому, что возрастает гидравлическое сопротивление прокачиванию жидкости [3]. Этот эффект особенно заметен, если внутри труб циркулирует жидкость, имеющая повышенную плотность, как например, в теплообменных аппаратах технологических установок. В результате этого иногда требуется замена насосного оборудования.

Было замечено, что теплопередача через стенку трубы может быть интенсифицирована в некоторых случаях и тогда, когда винтовые выступы или впадины имеют небольшую величину. В этой связи в указанных выше тепловых установках могут быть применены так называемые низкопрофильные витые трубы.

г

д

Рис. 1.2. Низкопрофильные витые трубы из различных материалов: а - труба из латуни Л-68, б - труба из титанового сплава ВТ 1-0, в - труба из стали 12Х18Н10Т, г - труба из меди М1, д -труба из стали 20.

Низкопрофильные витые трубы (рис. 1.1) являются разновидностью профильных теплотехнических труб, то есть труб, на стенки которых тем или иным способом нанесен профиль с целью повышения теплопередачи через стенку. К тому же классу принадлежат спирально - профилированные трубы, которые, как и НПВТ, содержат, как указано выше, на наружной поверхности впадины, а на внутренней - соответствующие им выступы. Отличие НПВТ от спирально - профилированных труб (СПТ) хорошо заметно при рассмотрении деформированной стенки.

Формоизменение стенки НПВТ происходит в узкой зоне вблизи профилирующего ролика и носит характер местной деформации участка стенки под роликом. При этом радиусы закругления на переходе выступа и впадины следа ролика в остальную стенку достаточно малы. Таким образом, процесс профилирования по виду формоизменения здесь напоминает продольную резку листового проката дисковыми ножницами или резку трубы на труборезном станке в начальной стадии этих процессов. Имеет место характерное для этих случаев утонение стенки под контактной зоной очага деформации. Его величина для глубины вдавливания 2 мм на трубе диаметром 38 мм с толщиной стенки 3 мм характеризуется величиной отношения полученной толщины стенки в контактной зоне Ьв к исходной толщине стенки 8 и достигает величины (0,91..0,95).

Экспериментальное исследование формы наружной поверхности при помощи лазерного сканирования (см. разд. 4) показало, что на участках трубы, расположенных между винтовыми канавками ее образующая близка к прямой линии.

Если СПТ получили в теплоэнергетике весьма широкое распространение, то применение НПВТ пока еще ограничено. Внедрение таких труб сдерживается вследствие отсутствия теоретического обоснования технологии их производства, а также машин, обладающих характеристиками, необходимыми для эффективного изготовления НПВТ. По-видимому, применение НПВТ можно ожидать в технологических машинах и аппаратах металлургии, химической промышленности, производстве сгущенных и концентрированных субстанций. Пониженное в сравнении с СПТ гидравлическое сопротивление НПВТ приводит к тому, что применение в таких случаях этих труб дает возможность реконструкции существующих теплообменных аппаратов с заменой гладких труб профильными без переделки остального оборудования. При этом установлено, что все положительные свойства, характерные для СПТ, сохраняются и для случая применения НПВТ. Различное назначение теплообменных аппаратов приводит к необходимости получения НПВТ из различных материалов. Среди них наиболее широкое распространение получили сталь 20, нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, латунь Л68, а также титановый сплав ВТ 1-0 (рис. 1.2.).

Разнообразие видов теплообменников влечет за собой значительное количество профилеразмеров НПВТ. Для их классификации можно использовать следующие, общие для всех НПВТ характерные особенности:

1. Трубы этого типа могут быть как тонко- так и толстостенные, достигающие отношения наружного диаметра к толщине стенки 8-8,5.

2. На большинстве применяемых НПВТ высота профиля не превышает 7% от диаметра трубы.

3. Большинство НПВТ - одно- и трехзаходные.

4. Теплотехнические расчеты показали, что рациональный угол подъема винтового профиля должен составлять 20...30°.

5. Способ монтажа НПВТ в трубную доску теплообменника требует наличия гладких концевых участков.

6. Диаметр описанной окружности профильной части трубы не должен превышать исходного диаметра трубы, что также диктуется технологией монтажа теплообменников.

7. Основные геометрические параметры профиля трубы (рис. 1.2): диаметр D и толщина стенки S исходной трубы, шаг t и глубина профиля h, диаметр описанной окружности профилированной части трубы Don-

8. Основные геометрические параметры трубы: полная длина трубы L, длина профильной части Ln, длина гладких (непрофилированных) участков Lr.

1.2 Анализ существующих способов и особенностей конструкций машин

для производства ПВТ

Получение правильного решения о выборе того или иного способа изготовления НПВТ и рациональной конструкции машины потребовало изучения существующих процессов и машин для получения профильных витых труб и их применимости для реализации процесса. Анализ показал, что производство профильных витых труб в зависимости от их типа и назначения может осуществляться различными способами [6]. Рассмотрим известные способы и машины для получения этих труб, использующие для профилирования заготовку в форме гладкой трубы и накатку роликом.

В основном, такие способы могут быть разделены на следующие технологические классы (курсивом выделены признаки, использованные при создании новой установки):

1. По типу используемой оправки:

-без использования оправки;

- с использованием гладкой оправки;

- с использованием профильной оправки простой формы;

- с использованием профильной оправки, повторяющей внутренний профиль

трубы;

- с использованием оправки, оснащенной роликами (для труб большого

диаметра);

- с оправкой в виде цанги с винтовым профилем на поверхности.

Использование оправки в процессах деформирования труб, когда осуществляется уменьшение диаметра трубы на просвет, приводит, для гладких оправок, к опасности зажима оправки с необходимостью дальнейшего ее извлечения, а для профильной оправки - к необходимости последующего ее вывинчивания. Эти способы требуют для полностью автоматизированной установки применения вспомогательного устройства извлечения оправок, устройства для смазки внутренней поверхности труб для надежного извлечения оправок, а также, возможно, последующего удаления этой смазки. От этих недостатков свободны способы получения профильных труб без оправки, а также с цанговой оправкой. Однако, применение последней невозможно для профилирования длинных отрезков труб и труб из бухт в связи с техническими сложностями. Применение оправок для профилирования труб большой длины сталкивается с такими сложностями, как потеря устойчивости стержнем оправки, а для профилирования труб из бухт применение оправок вообще невозможно. Безоправочное профилирование находит в таких методах самое широкое применение.

1.1 По наличию вращения оправки (связано с п. 1):

- на вращающейся оправке;

- на неподвижной оправке.

Использование способов, при которых труба вращается, а оправка неподвижна, сталкивается со сложностями, выражающимися в повышенном износе оправки и возможности ее заклинивания. Поэтому в основном применяются способы, при которых вращаются и труба и оправка, либо обе неподвижны.

2. По типу привода рабочего инструмента:

- с приводной головкой с закрепленными на ней роликами;

- с приводными роликами (в основном, при помощи планетарной передачи);

- с приводом вращения трубы.

Наиболее технологичным является привод рабочего инструмента с вращением приводной головки и свободно катящимися по поверхности трубы роликами. Два других способа имеют следующие недостатки. Способ с приводными роликами требует, в случае с трехзаходным профилем, применения планетарной передачи, что усложняет установку и снижает ее надежность, а также может приводить к пробуксовке ролика по поверхности

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Паршин, Сергей Владимирович

ВЫВОДЫ

1. Комплексное экспериментальное исследование должно включать изучение модели процесса деформации труб на натурных образцах, исследование деформированного состояния металла микроструктурным методом и определение конфигурации поверхности низкопрофильных труб на основе лазерного и светоотраженного сканирования.

2. Использованные для экспериментального исследования установки и методы позволили провести широкое варьирование основными параметрами, влияющими на этот процесс, и на этой основе подтвердить адекватность разработанных моделей и правомерность принятых допущений.

3. Разработанная на основе теоретического и экспериментального исследований технология изготовления низкопрофильных витых труб учитывает особенности деформации металла НПВТ и характер процесса профилирования и позволяет получить трубы высокого качества.

4. Предложенная новая машина для профилирования труб отвечает основным предъявленным к ней требованиям: повышенной точности трубного профиля, увеличенной стойкости узлов, возможности автоматизации работы стана.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненная работа является комплексным исследованием, направленным на создание технологии изготовления и разработку новой машины, позволяющей на этой основе организовать производство низкопрофильных витых труб.

В работе проведен анализ известных способов и устройств для получения профильных витых труб и показано, что наиболее эффективным методом получения низкопрофильных витых труб является их обкатка роликами, установленными во вращающемся роторе под углом к оси трубы. Вместе с тем, этот способ может быть эффективно применен лишь при создании новой машины, учитывающей, в частности, требования к повышенной точности установки роликов, жесткость подшипниковых опор и повышенные нагрузки, возникающие при профилировании труб увеличенного диаметра.

Разработан геометрический образ очага деформации при производстве НПВТ, который представляет собой объемную модель, учитывающую такие особенности процесса, как деформацию металла в узкой зоне вблизи деформирующего инструмента и малые деформации во внеконтактных зонах. Показано, что при реализации этой модели следует учитывать упругие деформации трубы в поперечном направлении.

В ходе теоретических исследований с использованием деформационной теории пластичности и обоснованных экспериментальным путем допущений разработана математическая модель процесса планетарной обкатки низкопрофильных витых труб, включающая определение геометрии очага деформации, напряженного и деформированного состояния металла, степени использования его ресурса пластичности, энергосиловых параметров и упругой деформации трубного профиля в процессе ее нагружения.

Показано, что численная реализация математической модели весьма эффективно может быть выполнена с применением метода конечных элементов. Разработана твердотельная объемная компьютерная модель процесса деформации, которая затем использована при создании конечно-элементной модели, основанной на использовании 10-узловых криволинейных объемных тетраэдров, форма которых в наибольшей степени пригодна для решения пластических задач.

В конечно-элементной модели учтены такие особенности процесса, как упрочнение в виде мультилинейной зависимости, а также контактное трение и выполнена адаптация конечно-элементной сетки в виде ее сгущения в области контакта для получения необходимой точности расчетов.

Численная реализация математической модели, выполненная с использованием МКЭ, позволила найти зависимости механических переменных очага деформации от условий профилирования. Полученные зависимости

153 использованы при определении параметров оборудования и осуществлении рационального построения технологического процесса профилирования труб методом планетарной обкатки.

Впервые удалось определить распределение удельных давлений по поверхности деформирующего инструмента и на этой основе выбрать его рациональную форму.

Выполнены комплексные экспериментальные исследования, которые включали изучение процесса деформации труб на натурных образцах, использование микроструктурного анализа шлифов для исследования деформированного состояния металла, а также применение лазерного сканирования с целью установления конфигурации готовой трубы, формы и размеров контактной поверхности очага деформации.

Результаты экспериментальных исследований были использованы для обоснования основных допущений, принятых при создании математической модели и подтвердили ее адекватность реальному прототипу. Установлена хорошая сходимость теоретических и экспериментальных результатов.

Проведенный комплекс теоретических и экспериментальных исследований послужил основой для определения параметров технологии процесса профилирования и оборудования.

На основе выполненных исследований определены особенности технологии получения низкопрофильных витых труб. Созданная при выполнении работы новая конструкция профилирующего устройства и стана в целом позволяет получить при их использовании существенные преимущества в сравнении с аналогами. Результаты исследований и разработок внедрены на ОАО «Верхе-Салдинское металлургическое объединение» и в институте «ТатНИПИнефть».

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Паршин, Сергей Владимирович, 2003 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Закон Российской Федерации «Об энергосбережении» №28-ФЗ от 3 апреля 1996 г.// Российская газета. 1996, 10 апреля.

2. Энергосбережение: Справочное пособие / Батищев В.Е., Мартыненко Б.Г., Сысков C.JL, Щелоков Я.М./ Изд. 2-е, Екатеринбург, 2000. -340 с.

3. Бродов Ю.М., Савельев Р.З., Резникова P.C. и др. Эффективность применения профильных витых труб в теплообменных аппаратах турбоустановок// Энергомашиностроение, -1983. -№3. -с. 37-39.

4. Расчет и проектирование поверхностных подогревателей высокого и низкого давления. РТМ 108.271.23-84, НПО ЦКТИ, 1987. - 216 с.

5. Некрасов И.И., Паршин C.B. Разработка новой технологии производства теплообменных труб с внутренним кольцевым оребрением// Энерго- и ресурсосбережение: Тезисы докладов Всероссийской научной конф., Екатеринбург, 2000. -с. 54-55.

6. Беляев С.Ю., Паршин C.B. Способы и устройства для производства спирально - профилированных труб для теплоэнергетики. Деп. ВИНИТИ РАН, Ув. 1788 - В2002, М. - 36 с.

7. Патент 2172223 РФ МПК7 В21Н 3/08. Способ изготовления изделий с внутренними спиральными ребрами. Агапитов В.А., Деревянкин М.А., Лосицкий А.Ф., Проскурин Р.Д., Филиппов В.Б., Хрипунов Н.С., Черемных Г.С. 1999.

8. Патент 94018902 РФ МПК6 B21D 15/00. Устройство для формовки гофр на трубах. Губин И.В., Коренев А.И., Пивнев И.В. 1994.

9. Патент 2168384 РФ МПК7 B21D 15/04. Устройство для изготовления труб с винтовыми гофрами. Лыткин И.Н., Кошелева Е.Ю., Шляхин А. Н., Мишулин А. А., Грунин H. Н. 1999.

10. Патент 2152838 МПК7 B21D 15/04. Способ изготовления труб с винтовыми гофрами. Лыткин И.Н., Шляхин А. Н., Мишулин А. А., ГрунинH. Н., Фролов А.Н. 1999.

И. Патент 2121405 МПК6 B21D 15/04. Способ изготовления винтовых деталей и устройство для его осуществления. Вильданов Р.И., Бахтияров H.A., Евсеев Ю.М., Евсеева И.И., Брот А.Р., Бершадский В.Б., Нагибин И.Г., Саар Л.Э., Сметанин М.В., Латыпов Р.Г. 1995.

12. A.c. 555957 СССР, МКИ3 В21Н 7/14. Устройство для получения спирально - профилированных труб. В.С.Паршин, С.Ю.Беляев, A.A. Матвийчук, П.З. Акчурин, Ю.М.Бродов, Г.Д.Бухман. 1987.

13. Шурупов А.К., Фрейберг М.А. Производство труб экономичных профилей. - Свердловск: Металлургиздат, 1963. - 296 с.

14. Перлин И.Л, Ерманок М.З. Теория волочения. - М.: Металлургия, 1971. -448 с.

15. Юхвец И.А. Волочильное производство. - М.: Металлургиздат, 1965. -375 с.

16. Орро П.И., Дорохов А.И. Изготовление труб сложных фасонных профилей // Бюллетень научно - технической информации УкрНИПИ. -1959, № 6-7.

17. К расчету калибровки инструмента и тяговых усилий при волочении профилей, отличных от круглых// П.И.Полухин, Г.Я.Гун, В.П.Полухин и др.// Сб. тр. МИСиС. - 1967. - №42. -с. 16-21.

18. Унксов Е.П. Инженерная теория пластичности. - М.: Машгиз, 1959. -328 с.

19. Пластическое формоизменение металлов/ Г.Я.Гун, П.И.Полухин, В.П. Полухин и др. -М.: Металлургия, 1968. - 416 с.

20. Смирнов - Аляев Г.А., Гун Г.Я. Основы теории непрерывной формовки в профилегибочных станах // Изв. Вузов. Черная металлургия. - 1962. -№11. -с. 99-105.

21. Смирнов - Аляев Г.А., Гун Г.Я. К теории конечных пластических деформаций листового материала // Изв. Вузов. Черная металлургия. -

1962. -№9. -с. 150-153.

22. Гун Г.Я. Теоретические основы обработки металлов давлением. (Теория пластичности). - М.: Металлургия, 1980. - 456 с.

23. Гун Г.Я. Математическое моделирование процессов обработки металлов давлением. - М.:Металлургия, 1983. - 352 с.

24. Рымов В.А., Полухин П.И., Потапов И.Н. Совершенствование производства сварных труб. - М.: Металлургия, 1983. - 312 с.

25. Матвеев Ю.М., Халамез Е.М., Зеленый И.Н. Энергосиловые параметры непрерывных трубоформовочных станов. - Челябинск: кн. изд-во, 1969, -108 с.

26.Теория обработки металлов давлением: Вариационные методы расчета усилий и деформации/ И.Я. Тарновский, А.А.Поздеев, О.А.Ганаго и др.: Под ред. И.Я.Тарновского. - М.:Металлургиздат, 1963. - 672 с.

27. Колмогоров B.J1. Механика обработки металлов давлением. - М.: Металлургия, 1986. - 686 с.

28. Колмогоров B.JL Тяговое усилие при изготовлении профильных труб волочением// Технология производства черных металлов: Тр. Уральского науч. - исслед. ин-та черных металлов. - Свердловск: Металлургиздат,

1963, т.2. - с.161-172.

29. Швейкин В.В., Славин В.Б. Усилия при проталкивании профильных труб // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. - 1965. - № 6. - с.89-96.

30. Осипов А.А. Аппроксимация сплайнами пластических деформаций труб при профилировании роликами// Изв. ВУЗов. Черная металлургия. -1985. - №12. - с.133-134.

31. Осипов A.A. Разработка процесса профилирования обсадных труб -перекрывателей и обоснование выбора параметров стана: Дисс. ... канд. техн. наук. - Свердловск, 1987. -173 с.

32. Беляев С.Ю. Разработка процесса и новой установки для получения спирально - профилированных труб на основе исследования механики очага деформации. Дисс. ... канд. техн. наук. - Свердловск, 1988. - 209 с.

33. Тарновский И.Я., Поздеев A.A., Вайсбурд P.A. и др. Вариационные принципы механики в теории обработки металлов давлением. - М.: Металлургиздат, 1963. - 378 с.

34. Васильчиков М.В., Волков М.М. Поперечно - винтовая прокатка изделий с винтовой поверхностью. -М.: Машиностроение, 1968. - 142 с.

35. Тетерин П.К. Теория поперечной и винтовой прокатки. Изд. 2е. - М.: Металлургия, 1983. - 270 с.

36. Периодические профили продольной прокатки / Воронцов Н.М., Жадан В.Т., Грицук Н.Ф. и др. -М.: Металлургия, 1978. - 232 с.

37. Закиров И.М., Лысов М.И. Гибка на валках с эластичным покрытием.-М.: Машиностроение, 1985. - 144 с.

38. Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью. -М.Машиностроение, 1978. - 368 с.

39. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. - М.: Наука, 1988. - 720 с.

40. Ильин В.А., Позняк Э.Г. Аналитическая геометрия. - М.: Наука, 1968. -232 с.

41. Качанов Л.М. Основы теории пластичности. -М.: Наука, 1969. -420с.

42. Ильюшин A.A. Пластичность. -М.: Изд. АН СССР, 1963.

43.Готлиб Б.М., Добычин И.А., Готлиб М.Б. Автоматизированные кузнечно - прессовые комплексы, (опыт создания и эксплуатации). Екатеринбург: Изд. УрГАПС, 1998. - 647 с.

44.Степаненко В.И. Исследование усилий и деформации в процессах прессования, волочения и закрытой прошивки. Автореферат кан. дисс. Свердловск, 1969. - 26 с.

45. Ильюшин A.A. Механика сплошной среды. М.: Изд. МГУ, 1978.

46. Соколовский В.В. Теория пластичности - М.: - Высшая школа, 1969. -608 с.

47. Ильюшин A.A., Огибалов Л.Н., Упруго - пластические деформации полых цилиндров. - М.: Изд. МГУ, 1969. - 226 с.

48. Вольмир A.C. Устойчивость упругих систем. -М.: Наука, 1967. - 984 с.

49. Григоренко Я.М., Василенко А.Т., Панкратова Н.Д. Статика анизотропных толстостенных оболочек. - Киев: Вища школа, 1985. - 190 с.

50.Григоренко Я.М., Василенко А.Т. Методы расчета оболочек, т.4. Теория оболочек переменной жесткости. Киев: Наук.думка, 1981. - 544 с.

51. Новожилов В.В. Вопросы механики сплошной среды. - Л.: Судостроение, 1980. - 400 с.

52.Емельянов И.Г., Кузнецов В.Ю. Напряженное состояние некруговой цилиндрической оболочки в двухмерной и трехмерной постановке // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2001, №6 - с.34-38

53. Колтунов М.А., Кравчук A.C., Майборода В.П. Прикладная механика деформированного твердого тела. - М.: Высшая школа, 1983. - 349 с.

54. Незлина А.Ю. Сходимость метода конечных элементов при решении нелинейных краевых задач // Докл. АН УССР, Сер. А. - 1983, №7, с. 1619.

55. Расчетные работы и инженерный консалтинг. Проспект фирмы «CADFEM». Сб. Расчеты. 2002. - №4.

56. Turner M.J., Clongh R.W., Martin Н.С., Topp L.J. Stiffness and Deflection Analysis of Complex Structures. // Journ. Aeronaut. Sei., 1956, 23, p. 805 -824.

57. Комратов Ю.С., Лехов O.C. Совершенствование производства проката в условиях НТМК. Екатеринбург: Изд-во «Банк культурной информации», 2002.-384 с.

58. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин A.M. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. - М.:Металлургия, 1967.

59. Коновалов Ю.Н. Остапенко А.Л., Пономарев В.И. Расчет параметров листовой прокатки. - М.: Металлургия, 1986.

60. Богатов A.A., Мижирицкий О.И., Смирнов C.B. Ресурс пластичности при обработке металлов давлением. - М.: Металлургия, 1984.

61. Безухов Н.И. Основы прикладной теории упругости, пластичности и ползучести. - М.: высшая школа, 1968. -512 с.

62.Теребушко О.И. Основы теории упругости и пластичности. -М.:Наука, 1984. 320 с.

63.Молчанов И.Н., Николенко Л.Д., Основы метода конечных элементов. -киев.: Наукова думка, 1989.

64.Работнов Ю.Н Механика деформируемого твердого тела. - М.: Наука, 1988.712 с.

65.Филоненко - Бородин М.М. Теория упругости. - М.: Гос. изд. физ. - мат. литер., 1959.

66.Койтер В.Т. Общие теоремы теории упруго - пластических сред. -М.:И.Л., 1961.-79 с.

67.Контактное трение в процессах обработки металлов давлением./Ливанов А.Н., Колмогоров В.Л., Буркин С.П. и др. - М., Металлургия, 1976, 416 с.

68.Колмогоров В. Л. Напряжения. Деформации. Разрушение. -М.:Металлургия, 1970. - 229 с.

69.Деформация металлов жидкостью высокого давления / Уральский В.И., Плахотин B.C. и др. - М.: Металлургия, 1976. - 423с.

70. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов, т.1. Деформация и разрушение. - М.:Машиностроение, 1974. - 472 с.

71 .Пластичность и разрушение/ под ред. В.Л.Колмогорова. М. ¡Металлургия, 1977. - 336 с.

72. Богатов А.А., Смирнов С.В., Колмогоров В.Л. Изучение особенностей деформируемости металла при многооперационной холодной деформации с промежуточными отжигами// Изв. ВУЗов Черная металлургия, 1979, №12, -с.43-46

73.Смирнов С.В., Богатов А.А., Колмогоров В.Л. - ФММ, 1980, т.49, №2, с.389-393.

74.0hmori М., Inno М., NatsuokaN. - Trans JSJL, 1978, v.18, №8, p.468-474.

75. Сторожев M.B., Понов E.A. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977 - 423 с.

76.Михлин С.Г. Численная реализация вариационных методов. - М.: Наука, 1966.-432 с.

77. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. М.:Мир, 1984. 428 с.

78. Gadala M.S., Wang J. Simulation of Metal Forming Processes with Finite Element Methods/ International Journal for Numerical Methods in Engineering, 1999, vol.44, pp.l397-1428.

79. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация: Пер. с англ. М.:Мир, 1981. 304 с.

80. McMeeking R.M., Rice J.R. Finite Element Formulations for Problems of Large Elastic-Plastic Deformation/ International Journal of Solids and Structures, 1975, vol.121, pp.601-616.

81. Метод конечных элементов механике твердых тел/ под ред. Сахарова А.С., Альтенбаха И. - Киев: Вища школа, 1982, -480 с.

82. Bonet J., Wood R.D. Nonlinear Continuum Mechanics for Finite Element Analysis, Cambridge University Press, 1997.

83.0ден Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред: Пер. с англ. М.:Мир, 1976, 463 с.

84.Карамышев А.П., Некрасов И.И., Паршин С.В. Математическое моделирование процессов упругого нагружения методом конечных элементов: Учебное пособие. Екатеринбург. УГТУ-УПИ, 2002. - 98 с.

85. Математика и САПР: в 2-х кн. Кн.2: Пер. с франц. / Жермен-Лакур П., Жорж П.Л., Пистр Ф., Безье П.М.: Мир, 1989. 264 с.

86.Иванов В.В. Методы вычислений на ЭВМ: Справочное пособие. Киев: Наук. Думка, 1986. 584 с.

87.Калиткин Н.Н. Численные методы. М.: Наука, 1978. 512 с.

88.Mahinthakumar G., Hooles R.H. A Parallelized Element Jacobi Conjugate Gradients Algorithm for Field Problems and a Comparison with Other Schemes, Applied Electromagnetics in Materials, Vol.1, 1990. p. 15-28.

89.Zienkiewicz O.C., Zhu J.Z. A Simple Error Estimator and Adaptive Procedure for Practical Engineering Analysis, International Journal for Numerical Methods in Engineering, vol.24, 1987. p.337-357.

90. Паршин C.B., Огородникова O.M. Моделирование технологических процессов в CAE - пакете ANSYS 7// САПР и графика, 2003, №2. с.58-59.

91. Паршин С.В., Емельянов И.Г. Исследование напряженно -деформированного состояния металла при профилировании толстостенных спирально - профилированных труб. - Научные труды 1 отчетной конференции молодых ученых ГОУ УГТУ-УПИ, Екатеринбург, 2001. - с.20-22.

92. Lashkari М. COSMOS User Guide. Stress, Vibration, Buckling, Dynamics, Fluid, Electromagnetic and Heat Transfer Analysis. (Release Version 1.6), 1990.-184 p.

93.White J.L., Todd E.S. Normal Modes Vibration Analysis of the JT98/747 Propulsion System. Journal of Aircraft, 1978. - v. 15. - №1.

94.Городецкий C.A., Завороцкий В.И., Лантух-Лященко А.И., Рассказов А.О. Метод конечных элементов в проектировании транспортных сооружений. -М.: Транспорт, 1981, - 143 с.

95.Altan Т., Oh S. CAD/CAM of Tooling and Process for plastic working// Advanced Technology of Plasticity, v.l. Tokyo, Japan, 1984. - p.531-544.

96. Басов K.A. ANSYS в примерах и задачах/ под общ.ред. Д.Г.Красковского. -М.: Компьютер Пресс, 2002. -224 с.

97.Бэкофен В. Процессы деформации. Пер. с англ. - М.: Металлургия, 1977. -288 с.

98. Паршин С.В., Беляев С.Ю. Определение энергосиловых параметров процесса получения спирально - профилированных труб. В сб.: Новые материалы и технологии в металлургии и горнодобывающей промышленности. Екатеринбург, 2001. -с.66-67.

99.Восстановление герметичности обсадных колонн и отключение пластов с помощью двухканальных профильных перекрывателей./Абдрахманов Г.С., Мелинг К.В., Юсупов И.Г, Лерман Б.А.// РНТС. Сер. Бурение /ВНИИОЭНГ. -1982. -Вып.5 -с.26-28.

100. Паршин С.В., Емельянов И.Г. Экспериментальное исследование усилия деформации при профилировании труб. Научные труды 2 отчетной

конференции молодых ученых. ГОУ УГТУ-УПИ, Екатеринбург, 2002. -с.52-53.

101. Электронные системы контроля поверхности //CAD-Master, №8, 2000.

102. Паршин C.B. Новый метод контроля геометрических параметров спирально - профилированных труб. В сб. Новые материалы и технологии в металлургии и горнодобывающей промышленности. Екатеринбург, 2001, с.63-65.

103. Губанов A.B. Исследование технологических особенностей объемного лазерного сканирования и разработка методики его применения для компьютерного моделирования в механообработке. Автореф. канд. дисс. Екатеринбург, 2002. 22 с.

104. Солонин И.С. Математическая статистика в технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1972. - 215 с.

105. Математическая статистика/В.Н.Иванова, В.Н.Калинина, JI.A. Нешумова и др., М.: Высшая школа, 1981. - 371 с.

106. Смирнов Н.В. Дунин - Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики. М.гНаука, 1965 - 512 с.

107. Смирнов-Аляев Г.А, Чикидовский B.JI. Экспериментальные исследования в обработке металлов давлением. М.: Машиностроение, 1972. 360 с.

108. Паршин C.B., Тертышников Р.В., Беляев С.Ю. Новая установка для получения спирально - профилированных труб повышенного диаметра. В сб.: Новые материалы и технологии в металлургии и горнодобывающей промышленности. Екатеринбург, 2001. с.68-69.

109. Свидетельство на полезную модель. Устройство для получения спирально - профилированных труб из трубных заготовок. Беляев С.Ю., Паршин C.B. Положительное решение по заявке № 2002122827/ 20(024275), дата поступления 26.08.2002.

110. Паршин C.B., Емельянов И.Г. Совершенствование конструкции установки для получения высококачественных спирально профилированных труб. Научные труды 3 отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, Екатеринбург, 2002, с.54-55.

Программа конечно - элементного анализа на языке ADPL (фрагмент)

/BATCH /СОМ,ANSYS

UP20021010 12:04:52 03/07/2004

/input,menust,tmp,",„„„„,„„„ 1

/GRA,POWER

/GST,ON

/PLO,INFO,3

/GRO,CURL,ON

/REPLOT,RESIZE

/PREP7

CYL4,0,0,0.019, ,0.016, ,0.1

/VIEW, 1 ,1,1,1

/ANG, 1

/REP,FAST

/AUTO, 1

/REP

CYL4,0,0.069,0.05,-70,0.04,-110,0.002

FLST,3,1,6,ORDE, 1

FITEM,3,2

VGEN, ,P51X,,,, ,0.05,, ,1

/VIEW, 1

/FOC, 1 ,AUTO

/DIST, 1

/ANG, 1

/LIG, 1 ,1

/REP

/VIEW, 1 ,1,1,1 /ANG, 1 /REP,FAST /AUTO, 1 /REP

MSHKEY,0

MSHAPE,l,3d \*

ET,1, SOLID 187 !* !*

MAT,1,

MPREAD,'steel20_newVSI_MPL','materia

IV,LIB {*

MPLIST,1

TBLIST,ALL,1

I*

FINISH /POST1 FINISH /PREP7

MSHKEY.O MSHAPE,l,3d FLST,5,2,6,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,-2 CM,_Y,VOLU VSEL,,, ,P51X CM,_Yl,VOLU CHKMSH/VOLU' CMSEL,S,_Y !*

VMESH,_Y1 I*

CMDELE,_Y

CMDELE,_Y1

CMDELE,_Y2

I*

/DIST, 1 ,0.729000,1 /REP,FAST /DIST, 1 ,0.729000,1 /REP,FAST /DIST, 1 ,0.729000,1 /REP,FAST /VIEW, 1 „1 /ANG, 1 /REP,FAST /USER, 1

/FOC, 1,-0.286290510537E-03, 0.197331875876E-01, 0.450420779586E-01

/VIEW, 1, 0.327565347661E-01, 0.508568418042 , 0.860398264527 /ANG, 1, 1.58414374858 /FOC, 1, 0.107136675530E-01, 0.213375183953E-01, 0.642114228881E-01

/VIEW, 1, 0.392098338424 , 0.757448122572 , -0.522045241925 /ANG, 1, 35.7305826191 /FOC, 1, 0.668251672226E-02, 0.106085027436E-01, 0.456167120747E-01

/FOC, 1, 0.626878944992E-02, 0.103133580044E-01, 0.473293773730E-01

/VIEW, 1, 0.357417489731 , 0.574421923485 , -0,736404910260 /ANG, 1, 43.2496232460 /DIST, 1 ,0.729000,1 /REP,FAST /DIST, 1 ,0.729000,1

/REP, FAST

/FOC, 1, 0.453666308990E-02, 0.172648636512E-01, 0.519111026470E-01

/FOC, 1, 0.555461320985E-02,

0.194406940353E-01, 0.515710879915E-

01

/VIEW, 1, 0.235883193062 , 0.263496126396 ,-0.935376347042 /ANG, 1, 48.8697283291 /FOC, 1, 0.257768354573E-02, 0.221738754331E-01, 0.515903048943E-01

/DIST, 1 ,0.729000,1 /REP,FAST /DIST, 1 ,0.729000,1 /REP, FAST

/FOC, 1, 0.211425309902E-02, 0.212503863105E-01, 0.512132895237E-01

/FOC, 1, 0.218599359048E-02,

0.213424587393E-01, 0.509938238674E-

01

/VIEW, 1, 0.189901145908 , 0.165521810124 ,-0.967750011706 /ANG, 1, 49.5002020866 FLST,5,1,1 ,ORDE, 1 FITEM,5,403 CM,_Y,NODE NSEL,,, ,P5 IX CM,_Yl,NODE CMSEL,S,_Y CMDELE,_Y !* !*

NREFINE,_Y1,, ,1,1,1,1 CMDELE,_Y1 !*

FLST,5,3,1 ,ORDE,3 FITEM,5,202 FITEM,5,213 FITEM,5,403 CM,_Y,NODE NSEL,,,, P5IX CM,_Yl,NODE CMSEL,S,_Y CMDELE,_Y

I* !*

NREFINE,_Y1,, ,1,1,1,1 CMDELE,_Y1

FLST,5,3,1 ,ORDE,3 FITEM,5,403 FITEM,5,3604 FITEM,5,3635 CM,_Y,NODE NSEL,,,,P5IX CM,_Yl,NODE CMSEL,S,_Y CMDELE,_Y !* I*

NREFINE,_Y1,, ,1,1,1,1 CMDELE,_Y1

I*

/VIEW, 1 ,1,1,1 /ANG, 1 /REP,FAST /AUTO, 1 /REP

FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 !*

/GO

DA,P51X,ALL, /REPLOT /VIEW, 1 „,1 /ANG, 1 /REP,FAST /VIEW, 1 ,1 /ANG, 1 /REP,FAST /DIST, 1 ,0.729000,1 /REP,FAST /VIEW, 1 ,-1 /ANG, 1 /REP,FAST /USER, 1

/FOC, 1,-0.115660479144E-02, 0.620614830405E-02, 0.492656243718E-01

/VIEW, 1,-0.998889874962 , 0.00000000000 , 0.471064507096E-01 FLST,2,2,1 ,ORDE,2 FITEM,2,582 FITEM,2,592 !*

/GO

D,P5 IX,,,,, ,ALL,,,,, /VIEW, 1 ,1,1,1

/ANG, 1 /REP,FAST /DIST, 1 ,0.729000,1 /REP, FAST /VIEW, 1 ,1 /ANG, 1 /REP,FAST /VIEW, 1 ,-1 /ANG, 1 /REP,F AST

/FOC, 1, -0.210004437175E-02, 0.628460992186E-02, 0.481624552165E-01

/VIEW, 1,-0.997300788254 , -0.523137100154E-02, 0.732377669344E-01

/ANG, 1,-0.125628102982E-01 FLST,2,2,1 ,ORDE,2 FITEM,2,582 FITEM,2,592 !*

/GO

D,P51X,,,,, ,ALL,,,,, /VIEW, 1 ,1,1,1 /ANG, 1 /REP, FAST FLST,2,6,5,ORDE,2 FITEM,2,7 FITEM,2,-12 !*

/GO

DA,P51X,UX,0 FLST,2,6,5,ORDE,2 FITEM,2,7 FITEM,2,-12 !*

/GO

DA,P51X,UZ,0 FLST,2,6,5,ORDE,2 FITEM,2,7

FITEM,2,-12 j*

/GO

DA,P51X,UY,-0.002

FINISH

/SOL

ANTYPE,0 NLGEOM,l NSUBST, 0,0,0 OUTRES,ERASE OUTRES, ALL, ALL

/PREP7 /REPLOT i*

!*

/COM, CONTACT PAIR CREATION -START

CM,_NODECM,NODE

CM,_ELEMCM,ELEM

CM,_LINECM,LINE

CM,_AREACM,AREA

/GSAV,cwz,gsav„temp

MP,MU, 1,0.05

MAT.l

R,3

REAL,3 ET,2,170 ET, 3,174 KEYOPT,3,9,0 R,3,

RMORE, RMORE„0 RMORE,0

! Generate the target surface ASEL,S„,3

CM,_TARGET,AREA

TYPE,2

NSLA,S,1

ESLN,S,0

ESURF,ALL

CMSEL,S,_ELEMCM

! Generate the contact surface

ASEL,S„,9

CM,_CONTACT,AREA

TYPE,3

NSLA,S,1

ESLN,S,0

ESURF.ALL

ALLSEL

ESEL,ALL

ESEL,S,TYPE„2

ESEL,A,TYPE„3

ESEL,R,REAL„3

/PS YMB,ESYS, 1

/PNUM,TYPE,1

/NUM.l

EPLOT

ESEL,ALL

ESEL,S,TYPE„2

ESEL,A,TYPE„3

ESEL,R,REAL„3

CMSEL,A,_NODECM

C M DEL ,_NODEC M

CMSEL,A,_ELEMCM

CMDEL,_ELEMCM

CMSEL,S,_LINECM

CMDEL,_LINECM

CMSEL,S,_AREACM

CMDEL,_AREACM

/GRES,cwz,gsav

CMDEL,„TARGET

CMDEL,_CONTACT

/COM, CONTACT PAIR CREATION -

END

SAVE

FINISH

/SOL

/STATUS,SOLU

NSUBST,0,0

/STATUS,SOLU

SOLVE

FINISH

/POST1

/EFACE,1

AVPRIN,0,,

I*

PLNSOL,EPTO,INT,0,1 /DIST, 1 ,0.729000,1 /REP,FAST /DIST, 1 ,0.729000,1 /REP,FAST /USER, 1

/FOC, 1, 0.231159882361E-01, 0.347408396388E-01, 0.556867586360E-01

/VIEW, 1, 0.386672279699E-01, -

0.258397518267 , 0.965264506772

/ANG, 1, -10.2665466587

/VIEW, 1 ,„1

/ANG, 1

/REP, FAST

/AUTO, 1

/REP

/USER, 1

/FOC, 1, -0.496352298271E-05, 0.514523415370E-02, 0.503530692711E-01

/VIEW, 1,-0.205852937481E-01,-0.328838179115 , 0.944161902238 /ANG, 1, 0.196908413091 FINISH

! /EXIT,ALL Для стали 10

/СОМ,ANSYS RELEASE 5.5

UP 19981001 .1 17:35:25 10/03/2002

/NOP

/COM,Internal UNITS set at file creation time = SI (MKS) TBDEL,ALL,_MATL MPDEL,ALL,_MATL МРТЕМРД5.0, 1, 1, 0.00000000 , MPDATA,R5.0, 1,EX ,_MATL , 1, 2.100000000E+11, МРТЕМРД5.0, 1,1, 0.00000000 , MPDATA,R5.0, 1,MU ,_MATL , 1, 0.100000000 ,

MPTEMP.R5.0, 1,1, 0.00000000 , MPDATA,R5.0, 1 ,PRXY,_MATL , 1, 0.29000000 , TB,MISO,_MATL , 1, 13 TBTEM, 0.00000000 , 1 TBPT„1 .OOOOOOOOOE-03,210000000. TBPT„2.000000000E-03,284268844. TBPT„3.000000000E-03,285515691. TBPT„5.000000000E-03,287617427. TBPT„1 .OOOOOOOOOE-02,291804818. TBPT„5.000000000E-02,312644372. TBPT„0.100000000,330589371. TBPT„0.150000000,345365555. TBPT„0.200000000,358398948. TBPT„0.300000000,381297776. TBPT„0.400000000,401495780. TBPT„0.500000000,419896974. TBPT„0.600000000,436982365. /GO

Для стали 20

/СОМ, ANS YS RELEASE 5.5 UP19981001 .1 17:35:25 10/03/2002 /NOP

/СОМ,Internal UNITS set at file creation time = SI (MKS) TBDEL,ALL,_MATL MPDEL,ALL,_MATL МРТЕМРД5.0, 1,1, 0.00000000 , MPDATA,R5.0, 1,EX ,_MATL , 1, 2.100000000E+11, • MPTEMP,R5.0, 1,1, 0.00000000 , MPDATA,R5.0, 1,MU ,_MATL , 1, 0.100000000 ,

MPTEMP,R5.0, 1, 1, 0.00000000 ,

MPDATA,R5.0, 1 ,PRXY,_MATL , 1, 0.29000000 , TB,MISO,_MATL , 1, 13 TBTEM, 0.00000000 , 1 TBPT„ 1 .OOOOOOOOOE-03,210000000. TBPT„2.000000000E-03,317358647. TBPT,,3.000000000E-03,323707538. TBPT„5.000000000E-03,333276854. TBPT,, 1.000000000E-02,349720520. TBPT„5.000000000E-02,410342756. TBPT„0.100000000,450707170. TBPT„0.150000000,479901341. TBPT„0.200000000,503600432. ТВ PT„0.300000000,541856281. TBPT„0.400000000,572911413. TBPT„0.500000000,599517114. TBPT„0.600000000,623041626. /GO

Для нерж стали

/СОМ,ANSYS RELEASE 5.5

UP 19981001 .1 17:35:25 10/03/2002

/NOP

/COM,Internal UNITS set at file creation time = SI (MKS) TBDEL,ALL,_MATL MPDEL,ALL,_MATL МРТЕМРД5.0, 1, 1, 0.00000000 , MPDATA,R5.0, 1,EX ,_MATL , 1, 2.100000000E+11, МРТЕМРД5.0, 1, 1, 0.00000000 , MPDATA,R5.0, 1,MU ,_MATL , 1, 0.100000000 ,

МРТЕМРД5.0, 1, 1, 0.00000000 , MPDATA,R5.0, 1 ,PRXY,_MATL , 1, 0.30000000 , TB,MISO,_MATL , 1, 13 TBTEM, 0.00000000 , 1 TBPT,, 1 .OO0OOO0O0E-03,210000000. TBPT„2.000000000E-03,387347972. TBPT„3.000000000E-03,399063886. TBPT„5.000000000E-03,416845230. TBPT,, 1.000000000E-02,447680744. TBPT„5.000000000E-02,563461432. TBPT„0.100000000,641813631. TBPT„0.150000000,698942946. TBPT,,0.200000000,745558909. TBPT„0.300000000,821203202. TBPT„0.400000000,882926881. TBPT„0.500000000,936009201. TBPT„0.600000000,983086650.

/GO

Для латуни

/СОМ,ANSYS RELEASE 5.5 UP19981001 .1 17:35:25 10/03/2002 /NOP

/COM,Internal UNITS set at file creation time = SI (MKS) TBDEL,ALL,_MATL MPDEL,ALL,_MATL МРТЕМРД5.0, 1, 1, 0.00000000 , MPDATA,R5.0, 1,EX ,_MATL , 1, 1.350000000E+11, МРТЕМРД5.0, 1, 1, 0.00000000 , MPDATA,R5.0, 1,MU ,_MATL , 1, 0.100000000 ,

МРТЕМРД5.0, 1, 1, 0.00000000 , MPDATA,R5.0,1,PRXY,_MATL , 1, 0.34000000 , TB,MISO,_MATL , 1, 13 TBTEM, 0.00000000 , 1 TBPT,, 1.000000000E-03,135000000. TBPT„2.000000000E-03,143568126. TBPT„3.000000000E-03,149334777. TBPT„5.000000000E-03,158127352. TBPT,, 1.000000000E-02,173468207. TBPT„5.000000000E-02,231778458. TBPT„0.100000000,271667130. TBPT„0.150000000,300908398. TBPT„0.200000000,324850644. TBPT„0.300000000,363837987. TBPT, ,0.400000000,395760152. TBPT.,0.500000000,423283088. TBPT„0.600000000,447741925. /GO

Для титана

/СОМ,ANSYS RELEASE 5.5

UP 19981001 .1 17:35:25 10/03/2002

/NOP

/COM,Internal UNITS set at file creation time = SI (MKS) TBDEL,ALL,_MATL MPDEL,ALL,_MATL МРТЕМРД5.0, 1, 1, 0.00000000 , MPDATA,R5.0, 1,EX ,_MATL , 1, 1.000000000E+11, " . МРТЕМРД5.0, 1,1, 0.00000000 , MPDATA,R5.0, 1,MU ,_MATL , 1, 0.100000000 ,

МРТЕМРД5.0, 1,1, 0.00000000 ,

о о

H H H

to to ш

ПО ТЭ "ТЗ

H H H

H H Ш Ш Tj na

H H

о о о о о

OS LU -fx ООО ООО ООО ООО ООО ООО ООО О О О

00 00 00 -J -fx — OS --J -fx

мою

U> vo Os <-л —J оо -fx U)

wa-

l*> Ni

О О

о о

о о

о о

о о

о о

о о

о о

'-J "-J

00 LU

On SO

-J о

Os On On

00 00

-J i—

H H H H H H H H

Ш Ш Ш w Ю ш ш ш

na по па na na na па па

Ч H H H H H H H

* ** ■J

о О 1л 1л LJ N) ^

M о о о о ö о

о о о о о о о

о о о о о о о о

о о о о о о о о

о о о о о о о о

о о о о о о о о

о о о о о о о о

о о о о о о о о

о о о о о о о о

On m m m m m m

V—» 00 <ь ó 1 о <ь <ь I о

о Lfi О n> Ni U) У У U)

ъ» V U) N) 1—» 1—1

SO U) so so so so so о

so о N> 1—» о so so о

00 (Л ю 00 N) о о о

ю 1—à о о о

• so N> 00 о о о

00 00 N) о о о

-fx 00 so о о о

-fx u> -fx о о о

Ф ц п с

Форма .W |Ш

¡ч.чхимскоь: лгинтсшо : -

I N ) П,\"П:НТЛМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ (РОСПАТЕНТ)

□ (74) О/ДьЛ 92$

Щ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ '

в? ПРОМЫШЛЕННОЙ СОБСТВЕННОСТИ --

'»срс'.икччк'кая иао.. .V). корп. К Москва. I о1). ги 1-5. 1Г><>У5 1622002, г. Екатеринбург. К-2,

1,- ic.I-.ii :■»(» 60 15 Тоскс I 14X18 ИДЧ. Факс 24.1 37 уд. Мира. 1 9.

,. \г ■ //>',,-г- .- УГТУ-УГ1И. центр интеллскт\'шп.1кч"|

собственности.

С Milam № 2002 122827/20(024275) iB' МарКС

/ ¡га переписке просим ссылаться на нилтр юивкн u j_

- ".'пит'- ■i.itnv ппчучения ()ашюп к0/>р1'сппп/)спцин

РЕШЕНИ F. О В Ы Д А Ч F.

! 1 □ I : \ I i n га на изонрктшпи: и свидетельства на полт ivк> м< v

1: м Заявка № 2002122827/20(024275) (22) Дата поступления заявки 26.08.2002

(2-1) Дата начала отсчета срока действия л агента (свидетельства) 26.08.2002 I X?) Д.па перевода международной заявки па национальную фазу

ПРИОРИТЕТ УСТАНОВЛЕН ПО ДАТЕ

(_..) поступления заявки 26.08.2002

□ (2*> поступления □ дополнительных материалов от к оо.юс г.ижс!

заявке №

□ полного комплекта документов заявки

□ (<М) □ приоритета заявки № от .из которой данная заявка им: к-, м с 1

□ поступления заявки № от . из которой ланная заявка вылетсна

□ н>М поступления более ранней заявки №

□ (.''М полачи первой заявки в государстве-участнике Парижском конвенции

< ■! 1 Номер приоритетной заявки (32) Дата подачи приоритетной заявки ' •? 1 к . ::■.

( Kf>) Заявка №РС'Г/ Заявка № ЕА

(К">) Номер публикации и дата публикации заявки РС'Г

(71) Заявителей) ГОУ Уральский государственный технический университет - У1 il l. RI ("2i Ашор(ы) Беляев С.Ю.. Паршин С.В.. RU

с-) 11агепто<юлп.млтсль(||) ГОУ Уральский государственный технический уникерсиici - VI П i.