Дорофєєв Олександр Анатолійович. Моделювання взаємодії елементів системи "машина-дискретне середовище"

Короткий опис

Дорофєєв Олександр Анатолійович. Моделювання взаємодії елементів системи "машина-дискретне середовище" : Дис... канд. наук: 05.02.02 2002

ДОРОФЄЄВ О.А. Моделювання взаємодії елементів системи "машина - дискретне середовище". Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.02 Машинознавство. Технологічний університет Поділля, Хмельницький, 2002.
У дисертації наведено основи моделювання процесу взаємодії робочих органів, опор і рушіїв машин певного класу з дискретним технологічним середовищем за умови, що середовище розглядається як елемент системи, який впливає на умови функціонування її головного елемента машини.
Виділено характерні особливості деформування дискретних матеріалів, обґрунтовано єдині фізичні співвідношення, які описують це деформування та які покладено в основу математичної моделі.
Обґрунтовано модель системи "машина дискретне середовище". Математична модель враховує особливості деформування дискретних матеріалів, а саме вплив стискуючих нормальних напружень.
Розроблено методики й прилади експериментального забезпечення розрахунків. Алгоритм розв’язання нелінійної задачі використовує ітераційний процес, при якому "зближення" відбувається в тривимірному просторі напружень.
Представлено результати паралельного фізичного і комп'ютерного моделювання однієї і тієї ж задачі, а також напрямки використання запропонованої моделі.

Для проектування і оцінки ефективності функціонування широкого класу машин, що в технологічному процесі взаємодіють з дискретним середовищем, запропоновано розглядати машину як головний елемент комбінованої технічної системи, в яку, крім самої машини, включено взаємодіюче з нею середовище. За допомогою системного аналізу сформульовано характерні особливості, область використання, структуру системи і умови її ефективного функціонування.
Обґрунтовано основні вимоги до математичної моделі взаємодії елементів машини і дискретного середовища, яка, крім прямого призначення, розглядається як основний фрагмент моделі повної системи машина технологічне середовище”. Ці вимоги зводяться до можливості відображення зв’язку між вхідними технологічними параметрами робочого процесу і реакціями середовища, до необхідності урахування характерних відмінностей деформування і руйнування дискретних матеріалів, до використання в моделі тільки тих параметрів середовища, які однозначно можуть бути визначені шляхом лабораторних випробувань зразків матеріалів.
Дано математичне формулювання моделі взаємодії технологічного середовища з робочими органами, рушіями і опьрами машини, яке зводиться до постановки та розв’язання межової фізично нелінійної задачі неоднорідної області. Нелінійні фізичні співвідношення описують характерні особливості деформування і руйнування дискретних матеріалів, в першу чергу вплив внутрішнього тертя в дограничному та граничному станах. Граничні умови зводяться до задання силових чи кінематичних збурень на поверхнях контакту.
Розроблено алгоритм розв’язку нелінійної межової задачі та його програмне забезпечення. На відміну від відомих алгоритмів розв’язування нелінійних задач теорії пластичності, де ітераційний процес організовує наближення до кривої деформування, в розробленому здійснюється наближення до поверхні деформування. Це, природно, ускладнює розрахунки, але дає можливість врахувати характерну особливість деформування дискретних матеріалів вплив внутрішнього тертя.
Для експериментального забезпечення комп’ютерного моделювання взаємодії машини з дискретним середовищем розроблено новий прилад тривісного стиску з оригінальною навантажувальною системою і методику визначення необхідних для конкретних розрахунків параметрів математичної моделі. Розроблені прилад та методика дозволяють реалізовувати в дослідах найбільш інформативні для дискретних матеріалів траєкторії навантаження, що відкриває можливість поглибленого вивчення закономірностей їх деформування.
За результатами дослідів на розробленому приладі обґрунтовано характер покладених в основу розрахункової моделі інваріантних співвідношень між напруженнями і деформаціями, що описують закономірності зміни об’єму і форми при деформуванні дискретних матеріалів. На відміну від фізичних залежностей деформаційної теорії пластичності одержані співвідношення враховують вплив внутрішнього тертя, що дозволяє більш достовірно моделювати процес взаємодії дискретного середовища з машиною.

Для оцінки достовірності розробленої моделі проведено порівняння результатів паралельного моделювання задачі взаємодії штампа з піском на великомасштабному стенді і комп’ютерного моделювання. В розрахунках повністю відтворювались умови стендового моделювання: розміри і жорсткість штампа, характеристики піску, силові та кінематичні збурення. Розбіжність у величинах контактного тиску в різних точках по висоті штампу коливалась від 6% до 31%. Розбіжність між сумарними силами контактного тиску в розглянутих прикладах не перевищувала 12%.
Виконано перевірку можливостей розробленої моделі на прикладах взаємодії елементів машин з дискретним середовищем. Порівняння результатів комп’ютерного моделювання і опублікованих в літературі даних натурних досліджень показало їх досить високий якісний збіг.
Програмний комплекс DISKRET успішно впроваджено при проектуванні гранітних станин прецизійних верстатів у науково-виробничому підприємстві Бологівщина”.