Анализ прочности элементов пресс-форм из углерод-углеродных материалов для псевдоизостатического прессования
Представлены методы расчета и результаты анализа прочности пресс-форм с наружными цилиндрами из углерод-углеродных композитных материалов (УУКМ), применяемых в ННЦ ХФТИ для прессования изделий методом псевдоизостатического прессования под давлением до 100 МПа и температуре до 1800 °С. Стенка цилиндр...
Gespeichert in:
| Datum: | 2007 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2007
|
| Schriftenreihe: | Вопросы атомной науки и техники |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110595 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Анализ прочности элементов пресс-форм из углерод-углеродных материалов для псевдоизостатического прессования / В.П. Ашихмин, О.В. Бирюков, В.А. Гурин, Б.Б. Затолока, В.В. Колосенко, С.Ю. Саенко, Д.В. Лавинский, О.К. Морачковский // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 6. — С. 120-123. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-110595 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1105952025-02-09T10:14:20Z Анализ прочности элементов пресс-форм из углерод-углеродных материалов для псевдоизостатического прессования Аналіз міцності елементів прес-форм з вуглець-вуглецевих матеріалів для псевдоізостатичного пресування The strength analysis of the moulds elements from carboneum - carbonic materials for pseudo-isostatic pressing Ашихмин, В.П. Бирюков, О.В. Гурин, В.А. Затолока, Б.Б. Колосенко, В.В. Саенко, С.Ю. Лавинский, Д.В. Морачковский, О.К. Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Представлены методы расчета и результаты анализа прочности пресс-форм с наружными цилиндрами из углерод-углеродных композитных материалов (УУКМ), применяемых в ННЦ ХФТИ для прессования изделий методом псевдоизостатического прессования под давлением до 100 МПа и температуре до 1800 °С. Стенка цилиндра пресс-формы моделируется телом вращения из УУКМ под внутренним давлением. Анализ прочности основан на методе конечных элементов (МКЭ) и численном решении на персональном компьютере (ПК) системы разрешающих уравнений МКЭ. Приведены расчетные данные для максимальных значений интенсивности напряжений в зависимости от отношения внутреннего диаметра стенки к наружному (параметр толстостенности d1/d2) при разных значениях отношения длины нагруженного участка к длине цилиндра (l/L). По данным расчета можно проектировать пресс-формы заданных размеров. Представлено методи розрахунку і результати аналізу міцності прес-форм із зовнішніми циліндрами з вуглець-вуглецевих композитних матеріалів (ВВКМ), застосовуваних у ННЦ ХФТІ для пресування виробів методом псевдоізостатичного пресування під тиском до 100 МПа і температурі до 1800 °С. Стінка циліндра прес-форми моделюється тілом обертання з ВВКМ під внутрішнім тиском. Аналіз міцності заснований на методі скінченних елементів (МСЕ) і чисельному рішенні на персональному комп'ютері (ПК) системи рівнянь, що розв’язують МСЕ. Приведено розрахункові дані для максимальних значень інтенсивності напружень у залежності від відношення внутрішнього діаметра стінки до зовнішнього (параметр товстостінності d1/d2) при різних значеннях відносини довжини навантаженої ділянки до довжини циліндра (l/L). За даними розрахунку можна проектувати прес-форми заданих розмірів. The computational methods and outcomes of the analysis of strength of the moulds elements from carboneum - carbonic composite materials (CCCM), used in NSC "«KhFTI" for pressing items by a method of pseudo-isostatic pressing under pressure up to 100 MPa and temperature up to 1800 0С are submitted. The wall of the barrel of a mould is modeled by a body of revolution from CCCM under internal pressure. The strength analysis is based on a finite element method (FEM) and numerical solution on the personal computer (PC) of a system of authorizing equations FEM. The predicted data for maximum ratings of intensity of stresses are adduced depending on relation of a minor diameter of a wall to outside (parameter thick-walled d1/d2) at miscellaneous values of relation of length of the loaded segment to barrel length (l/L). Under the data of calculations it is possible to engineer moulds of the given sizes. 2007 Article Анализ прочности элементов пресс-форм из углерод-углеродных материалов для псевдоизостатического прессования / В.П. Ашихмин, О.В. Бирюков, В.А. Гурин, Б.Б. Затолока, В.В. Колосенко, С.Ю. Саенко, Д.В. Лавинский, О.К. Морачковский // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 6. — С. 120-123. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110595 621.039.55: 593.3 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Физика радиационных и ионно-плазменных технологий |
| spellingShingle |
Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Ашихмин, В.П. Бирюков, О.В. Гурин, В.А. Затолока, Б.Б. Колосенко, В.В. Саенко, С.Ю. Лавинский, Д.В. Морачковский, О.К. Анализ прочности элементов пресс-форм из углерод-углеродных материалов для псевдоизостатического прессования Вопросы атомной науки и техники |
| description |
Представлены методы расчета и результаты анализа прочности пресс-форм с наружными цилиндрами из углерод-углеродных композитных материалов (УУКМ), применяемых в ННЦ ХФТИ для прессования изделий методом псевдоизостатического прессования под давлением до 100 МПа и температуре до 1800 °С. Стенка цилиндра пресс-формы моделируется телом вращения из УУКМ под внутренним давлением. Анализ прочности основан на методе конечных элементов (МКЭ) и численном решении на персональном компьютере (ПК) системы разрешающих уравнений МКЭ. Приведены расчетные данные для максимальных значений интенсивности напряжений в зависимости от отношения внутреннего диаметра стенки к наружному (параметр толстостенности d1/d2) при разных значениях отношения длины нагруженного участка к длине цилиндра (l/L). По данным расчета можно проектировать пресс-формы заданных размеров. |
| format |
Article |
| author |
Ашихмин, В.П. Бирюков, О.В. Гурин, В.А. Затолока, Б.Б. Колосенко, В.В. Саенко, С.Ю. Лавинский, Д.В. Морачковский, О.К. |
| author_facet |
Ашихмин, В.П. Бирюков, О.В. Гурин, В.А. Затолока, Б.Б. Колосенко, В.В. Саенко, С.Ю. Лавинский, Д.В. Морачковский, О.К. |
| author_sort |
Ашихмин, В.П. |
| title |
Анализ прочности элементов пресс-форм из углерод-углеродных материалов для псевдоизостатического прессования |
| title_short |
Анализ прочности элементов пресс-форм из углерод-углеродных материалов для псевдоизостатического прессования |
| title_full |
Анализ прочности элементов пресс-форм из углерод-углеродных материалов для псевдоизостатического прессования |
| title_fullStr |
Анализ прочности элементов пресс-форм из углерод-углеродных материалов для псевдоизостатического прессования |
| title_full_unstemmed |
Анализ прочности элементов пресс-форм из углерод-углеродных материалов для псевдоизостатического прессования |
| title_sort |
анализ прочности элементов пресс-форм из углерод-углеродных материалов для псевдоизостатического прессования |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2007 |
| topic_facet |
Физика радиационных и ионно-плазменных технологий |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110595 |
| citation_txt |
Анализ прочности элементов пресс-форм из углерод-углеродных материалов для псевдоизостатического прессования / В.П. Ашихмин, О.В. Бирюков, В.А. Гурин, Б.Б. Затолока, В.В. Колосенко, С.Ю. Саенко, Д.В. Лавинский, О.К. Морачковский // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 6. — С. 120-123. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT ašihminvp analizpročnostiélementovpressformizugleroduglerodnyhmaterialovdlâpsevdoizostatičeskogopressovaniâ AT birûkovov analizpročnostiélementovpressformizugleroduglerodnyhmaterialovdlâpsevdoizostatičeskogopressovaniâ AT gurinva analizpročnostiélementovpressformizugleroduglerodnyhmaterialovdlâpsevdoizostatičeskogopressovaniâ AT zatolokabb analizpročnostiélementovpressformizugleroduglerodnyhmaterialovdlâpsevdoizostatičeskogopressovaniâ AT kolosenkovv analizpročnostiélementovpressformizugleroduglerodnyhmaterialovdlâpsevdoizostatičeskogopressovaniâ AT saenkosû analizpročnostiélementovpressformizugleroduglerodnyhmaterialovdlâpsevdoizostatičeskogopressovaniâ AT lavinskijdv analizpročnostiélementovpressformizugleroduglerodnyhmaterialovdlâpsevdoizostatičeskogopressovaniâ AT moračkovskijok analizpročnostiélementovpressformizugleroduglerodnyhmaterialovdlâpsevdoizostatičeskogopressovaniâ AT ašihminvp analízmícnostíelementívpresformzvuglecʹvuglecevihmateríalívdlâpsevdoízostatičnogopresuvannâ AT birûkovov analízmícnostíelementívpresformzvuglecʹvuglecevihmateríalívdlâpsevdoízostatičnogopresuvannâ AT gurinva analízmícnostíelementívpresformzvuglecʹvuglecevihmateríalívdlâpsevdoízostatičnogopresuvannâ AT zatolokabb analízmícnostíelementívpresformzvuglecʹvuglecevihmateríalívdlâpsevdoízostatičnogopresuvannâ AT kolosenkovv analízmícnostíelementívpresformzvuglecʹvuglecevihmateríalívdlâpsevdoízostatičnogopresuvannâ AT saenkosû analízmícnostíelementívpresformzvuglecʹvuglecevihmateríalívdlâpsevdoízostatičnogopresuvannâ AT lavinskijdv analízmícnostíelementívpresformzvuglecʹvuglecevihmateríalívdlâpsevdoízostatičnogopresuvannâ AT moračkovskijok analízmícnostíelementívpresformzvuglecʹvuglecevihmateríalívdlâpsevdoízostatičnogopresuvannâ AT ašihminvp thestrengthanalysisofthemouldselementsfromcarboneumcarbonicmaterialsforpseudoisostaticpressing AT birûkovov thestrengthanalysisofthemouldselementsfromcarboneumcarbonicmaterialsforpseudoisostaticpressing AT gurinva thestrengthanalysisofthemouldselementsfromcarboneumcarbonicmaterialsforpseudoisostaticpressing AT zatolokabb thestrengthanalysisofthemouldselementsfromcarboneumcarbonicmaterialsforpseudoisostaticpressing AT kolosenkovv thestrengthanalysisofthemouldselementsfromcarboneumcarbonicmaterialsforpseudoisostaticpressing AT saenkosû thestrengthanalysisofthemouldselementsfromcarboneumcarbonicmaterialsforpseudoisostaticpressing AT lavinskijdv thestrengthanalysisofthemouldselementsfromcarboneumcarbonicmaterialsforpseudoisostaticpressing AT moračkovskijok thestrengthanalysisofthemouldselementsfromcarboneumcarbonicmaterialsforpseudoisostaticpressing |
| first_indexed |
2025-11-25T18:16:33Z |
| last_indexed |
2025-11-25T18:16:33Z |
| _version_ |
1849787253818130432 |
| fulltext |
УДК 621.039.55: 593.3
АНАЛИЗ ПРОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ПРЕСС-ФОРМ
ИЗ УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ДЛЯ ПСЕВДОИЗОСТАТИЧЕСКОГО ПРЕССОВАНИЯ
В.П. Ашихмин, О.В. Бирюков, В.А. Гурин, Б.Б. Затолока, В.В. Колосенко, С.Ю. Саенко
Институт физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ;
Д.В. Лавинский, О.К. Морачковский
Национальный технический университет ХПИ, г. Харьков, Украина
Представлены методы расчета и результаты анализа прочности пресс-форм с наружными цилиндрами из
углерод-углеродных композитных материалов (УУКМ), применяемых в ННЦ ХФТИ для прессования изде-
лий методом псевдоизостатического прессования под давлением до 100 МПа и температуре до 1800 °С.
Стенка цилиндра пресс-формы моделируется телом вращения из УУКМ под внутренним давлением. Анализ
прочности основан на методе конечных элементов (МКЭ) и численном решении на персональном компью-
тере (ПК) системы разрешающих уравнений МКЭ. Приведены расчетные данные для максимальных значе-
ний интенсивности напряжений в зависимости от отношения внутреннего диаметра стенки к наружному
(параметр толстостенности d1/d2) при разных значениях отношения длины нагруженного участка к длине ци-
линдра (/L). По данным расчета можно проектировать пресс-формы заданных размеров.
1. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ
При прессовании изделий давлением 40 МПа и
температуре ∼1800 °С методом псевдоизостатиче-
ского прессования в качестве среды, передающей
давление, могут использоваться порошки тугоплав-
ких соединений. При давлениях > 40 МПа прессфор-
мы могут разрушаться. Для повышения прочности
пресс-форм используют поддерживающие цилин-
дры из УУКМ [1]. Для обоснованного выбора ци-
линдров, выполненных из УУКМ, необходимы рас-
четные данные по анализу их прочности при разных
относительных размерах: толстостенности d1/d2 и
отношения длины нагруженного участка цилиндра в
конце прессования к общей его длине /L, где d1 и d2
– внутренний и наружный диметры цилиндра из
УУКМ, и L – длина нагруженного участка и общая
длина цилиндра.
2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
И МЕТОД РЕШЕНИЯ
Общий вид пресс-формы приведен на рис. 1.
Элементы пресс-формы включают двухслойный ци-
линдрический корпус с внутренним цилиндром-
вкладышем, выполненным из графита (1), и наруж-
ным несущим цилиндром, изготовленным из
УУКМ, который без зазора одет на внутренний ци-
линдр (2); верхний и нижний пуансоны из УУКМ (3,
4). Изделия прессуются с помощью порошка (5). Си-
ловые воздействия и геометрические параметры эле-
ментов пресс-формы обозначены на рис. 1, где Р –
осевая сила; р – давление прессования; р1, р2 – ра-
диальные давления на внутренний и наружный ци-
линдры; L – длина пресс-формы; – расстояние
между пуансонами в конце прессования; h1, h2 – тол-
щины внутреннего цилиндра-вкладыша и наружно-
го цилиндра.
Для расчетов на прочность использовано реше-
ние задачи об упругом деформировании толстостен-
ного цилиндра, находящегося под внутренним дав-
лением от вкладыша на участке длиной . Напря-
женно-деформированное состояние (НДС) наружно-
го цилиндра при отсутствии объемных сил опреде-
ляется системой дифференциальных уравнений рав-
новесия [2]:
0j,ij =σ , pinjij Lx,pn ∈∀=σ , (1)
где pL – поверхность, на которую действует давле-
ние от вкладыша на наружный цилиндр.
Рис. 1. Пресс-форма для псевдоизостатического
прессования
В общем случае для точек, принадлежащих кон-
тактной поверхности, условия их сопряжения отве-
чают неравенствам:
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 6.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (91), с. 120-123.
120
0u+u m
on
1+m
n
1-m
n ≤− δ , 0m
nn ≤σ , (2)
где m
on
+1m
n
1-m
n ,u,u δ – нормальные перемещения точек
поверхностей контактируемых областей и началь-
ный натяг (зазор); m
nnσ – нормальные напряжения
на контактирующих поверхностях.
Первое условие в соотношениях (2) физически
отвечает «не проникновению» контактируемых тел.
При выборе зазора между телами возникает кон-
тактное давление. Второе условие отвечает сжатию
между стенками в пределах области контакта.
Величина радиального давления порошка на вну-
треннюю стенку вкладыша из графита меньше давления
прессования и зависит от физико-механических свойств
порошка. Коэффициент бокового давления для порош-
ков типа карбид вольфрама, кобальта, никеля равен 0,3
от осевого давления прессования [3].
Механизмы контактного взаимодействия между
соответствующими точками областей контактируе-
мых поверхностей моделировались путем учета
влияния внутреннего цилиндра-вкладыша, воспри-
нимающего часть радиальной нагрузки и уменьша-
ющего радиальное давление на наружный цилиндр.
Расчет двухслойного толстостенного цилиндра
вкладыш–наружный цилиндр, нагруженного вну-
тренним давлением p1 на длине вкладыша , пока-
зал, что давление на стенку наружного цилиндра p2
меньше давления на вкладыш. Это давление зависит
от толщины стенки вкладыша и примерно равно
1
12 d
dpp = , что совпадает с рекомендациями рабо-
ты [4] о редуцировании радиального напряжения в
двухслойных пресс-формах. В пределах возможной
области контакта этот слой позволяет «внешнюю
нелинейность» неравенств (2) свести к «внутренней
нелинейности» контактного слоя и рассмотреть вза-
имодействие тел, разделенных слоем с известными
нелинейными свойствами. С помощью описанного
выше моделирования можно отразить такие меха-
низмы взаимодействия контактирующих тел, как
сцепление, проскальзывание, сухое трение и другие.
В расчетах условия фрикционного взаимодействия
приняты в форме законов Кулона или Зибеля в зави-
симости от типа возможного контакта.
Обобщенные уравнения состояния, которые
устанавливают связь между напряжениями и дефор-
мациями в точках деформирующих тел, представле-
ны тензорно-линейными соотношениями вида:
TA ijklijklij ∆+= ασε
, (3)
где ijklA , ijα – компоненты тензоров, отвечающие
принятому закону свойств деформирования и темпе-
ратурного расширения-сжатия материалов графита
и УУКМ. Величина окружного напряжения в наруж-
ном цилиндре от давления вкладыша при нагреве до
1800 °С невелика: (σθ)Т ∼3,0 МПа и в дальнейших
расчетах не учитывается.
В пределах линейной упругости материала соот-
ношение (3) отвечает обобщенному закону Гука.
Для упругопластического деформирования при про-
стом нагружении и при рассмотрении малых пласти-
ческих деформаций в соотношении (3)
[ ]klijjlikijkl )1(
*E
1A δδνδδν ∗−∗+= , (4)
где ∗∗ ν,E – переменные параметры упругости, кото-
рые определяются связью между интенсивностями
напряжений iσ и деформаций соответственно диа-
грамме деформирования материала.
В этом случае (3), (4) отвечают деформационной
теории малых упругопластических деформаций Илью-
шина в форме переменных параметров упругости.
Далее в расчетах использован вариационный
принцип Лагранжа и конечно-элементная (КЭ) схе-
ма матрицы (рис. 2). Базовым КЭ принят четырех-
узловой изопараметрический элемент с билинейной
аппроксимацией перемещений.
Рис. 2. КЭ схема наружного цилиндра
Методика решения задач о деформировании стен-
ки наружного цилиндра принята отвечающей единой
итерационной схеме. С этой целью в расчетах приня-
то пошаговое приложение давления с итерационной
схемой поиска неизвестных узловых перемещений,
аналогичной методике переменных параметров упру-
гости для решения задач упруго-пластического де-
формирования. На каждом шаге линеаризованная си-
стема уравнений МКЭ имела вид:
[ ]{ } { } { }темп
1NN1N FFUK −− −= , (5)
где N – номер итерации; [K] – глобальная матрица
жесткости КЭ модели; {U} – вектор узловых переме-
щений КЭ модели; {F} – вектор внешних сил, приве-
денных к узлам КЭ сетки; { }темпF – вектор темпера-
турных нагрузок, приведенных к узлам КЭ сетки.
Итерационный процесс по определению зон контакта
и пластичности продолжается до тех пор, пока не дости-
гается наперед заданная точность выполнения условий
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 6.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (91), с. 120-123.
121
(2). Предложенный метод реализован в программном мо-
дуле для программного комплекса SPACE-T [5].
3. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ
НА ПРОЧНОСТЬ НАРУЖНОГО
ЦИЛИНДРА
Расчеты на прочность стенок вкладыша и матри-
цы выполнены при следующих данных о свойствах
материала при температуре ∼1800 0С.
Вкладыш – графит марки АРВ–1 [6]. Предел
прочности на растяжение 15 МПа; на сжатие 51,5
МПа; модуль упругости 1,05⋅104 МПа; коэффициент
Пуассона 0,2; коэффициент температурного расши-
рения 6⋅10-61/ 0С.
Матрица из УУКМ [1]. Предел прочности на рас-
тяжение 110 МПа; предел прочности на сжатие 100
МПа; модуль упругости 1,8⋅104 МПа; коэффициент
Пуассона 0,19; коэффициент температурного расши-
рения 3,5⋅10-61/ ºС.
Данные расчетов напряженно-деформированного
состояния матрицы приведены на рис. 3–5.
а б
Рис. 3. Деформированная форма (а) и распределение
интенсивностей напряжений по сечению стенки (б)
наружного цилиндра
Деформированная форма наружного цилиндра
показана на рис. 3,а. По данным об искажении сетки
КЭ модели можно судить о деформировании стенки,
причем, как можно заметить, область максимальных
деформаций наблюдается в зоне нагруженного
участка наружного цилиндра. Анализ напряженно-
деформированного состояния позволил установить
распределение интенсивностей напряжений по ме-
ридиональному сечению стенки наружного цилин-
дра (см. рис. 3,б).
Закономерности в распределениях интенсивно-
стей напряжений по толщине стенки в наиболее на-
груженном сечении и внутренней поверхности на-
ружного цилиндра устанавливаются по данным на
рис. 4 и 5. Здесь приведены распределение интен-
сивностей напряжений по толщине стенки в опас-
ном сечении (см. рис. 4) и максимальные значения
интенсивностей напряжений на внутренней поверх-
ности наружного цилиндра (см. рис. 5) с d1/d2 = 0,5 и
/L = 0,4 вдоль ее длины L.
Рис. 4. Распределение интенсивностей напряжений
по толщине стенки в опасном сечении
Рис. 5. Максимальные значения интенсивностей
напряжений на внутренней поверхности наружного
цилиндра вдоль его длины
Для обоснованного выбора размеров пресс-фор-
мы из новых материалов необходимы расчетные
данные анализа ее прочности при разных отношени-
ях внутреннего и наружного диаметров вкладыша
d/d1, наружного цилиндра d1/d2 и относительной дли-
ны нагруженного участка к общей длине наружного
цилиндра /L при действии радиального давления
p2. Результаты расчетов интенсивности напряжений
в наружном цилиндре приведены в таблице.
Значения σi/p2 в зависимости от d1/d2 и /L
d1/d2
/L 0,1
5
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
0,1 0,9
2
0,9
7
1,0
3
1,1
2
1,3
5
1,6
9
3,3
2
9,02
0,2 1,1
1
1,1
7
1,2
4
1,4
4
1,8
8
2,3
7
4,8
5
11,04
0,3 1,2
4
1,3
2
1,4
1
1,7
0
2,2
7
2,7
8
5,3
9
10,80
0,4 1,3
3
1,4
3
1,5
5
1,8
8
2,5
4
3,0
6
5,4
7
10,31
0,5 1,4
1
1,5
2
1,6
6
2,0
2
2,7
0
3,2
7
5,3
6
10,20
0,6 1,4
8
1,6
0
1,7
6
2,1
2
2,7
7
3,3
6
5,2
2
10,14
Для наружного цилиндра с относительными раз-
мерами d1/d2 = 0,6 и /L = 0,5 интенсивность напря-
жений в опасном сечении (середина нагрузки) наи-
большая и по данным таблицы равна 2,7. Согласно
критерию прочности Кулона–Мора [2] для хрупких
материалов предельная интенсивность напряжений
должна быть меньше предела прочности на растяже-
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 6.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (91), с. 120-123.
122
ние: (σi)max<(σ+)В. Для наружного цилиндра с такими
относительными размерами и (σ+)В = 110 МПа для
УУКМ предельное давление на стенку наружного
цилиндра (p2)max = (σ+)В/2,7 = 40,7 МПа. Давление на
стенку вкладыша больше в результате редуцирова-
ния напряжений [4]:
2
1
21 d
dpp ⋅= . Для вкладыша с
внутренним диаметром d = 120 мм и наружным
d1 = 200 мм давление на стенку равно p1 = 68 МПа.
Осевое давление на порошок с учетом коэффициен-
та бокового давления [3] p = p1/0,3 = 226 МПа. Это
давление создаст продольная сила на пуансон
P = p⋅0,785d2 = 225,5 т. При коэффициенте запаса
прочности nВ = 2,5, рекомендованном для хрупких
материалов [2], допустимое давление на порошок [p
] = 90,5 МПа и осевая сила P = 102 т. Вкладыш ме-
няют после каждого прессования, его вынимают
вместе с изделием.
4. ВЫВОДЫ
В статье дано расчетное обоснование по исполь-
зованию углерод-углеродного композитного мате-
риала (УУКМ) в наружных цилиндрах пресс-форм,
предназначенных для прессования изделий при
удельных давлениях до 100 МПа и температурах до
1800 °С с помощью порошков тугоплавких соедине-
ний. Приведены математическая постановка и ре-
зультаты расчетов задачи об упругом деформирова-
нии под внутренним давлением двухслойного тол-
стостенного корпуса пресс-формы с внутренним ци-
линдром-вкладышем из графита и наружным несу-
щим цилиндром из УУКМ с заданными относитель-
ными размерами: толстостенностью d1/d2 и отноше-
нием длины нагруженного участка к общей ее длине
/L.
В основу решения такой задачи положен метод
конечных элементов (МКЭ) и метод решения кон-
тактной задачи по итерационной схеме метода пере-
менных параметров упругости, хорошо зарекомен-
довавшим себя при решении задач упругого дефор-
мирования многослойных цилиндров. Стенка на-
ружного цилиндра пресс-формы моделировалась те-
лом вращения из изотропного материала, находяще-
гося под внутренним давлением. Анализ прочности
основан на МКЭ и численном решении на персо-
нальном компьютере (ПК) разрешающих уравнений
МКЭ. Приведены расчетные данные о деформирова-
нии стенки наружного цилиндра и значения макси-
мальных интенсивностей напряжений в зависимости
от внутреннего давления, толстостенности и относи-
тельной длины нагруженного участка.
По приведенным в статье расчетным данным
можно обоснованно выполнять проектирование
пресс-форм из УУКМ заданных размеров для прес-
сования изделий с помощью порошков тугоплавких
соединений при давлении прессования до 100 МПа
и температуре до 1800 °С.
Согласно расчету для пресс-формы с внутренним
диаметром вкладыша 120 мм, длиной спрессованно-
го порошка 120 мм и относительными размерами
вкладыша d/d1 = 0,6; наружного цилиндра d1/d2 = 0,6
и /L = 0,5 допустимое давление прессования с запа-
сом прочности nВ = 2,5 и (σ+)В = 110 МПа p =
90,5 МПа при осевой силе на пуансон Р = 102 т.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ю.Г. Бушуев, М.И. Персин, В.А. Соколов. Угле-
род-углеродные композиционные материалы:
Справочник. М.: «Металлургия», 1994, 128 с.
2. Г.С. Писаренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев.
Справочник по сопротивлению материалов.
Киев: «Наукова думка», 1988, 735 с.
3. А.Н. Николаев. Расчет и конструирование мат-
риц для прессования металлических порошков
//Труды Горьковского политехнического инсти-
тута, металловедения и порошковой металлур-
гии. Т. XIX. В.1. Горький, 1963, с. 11–15.
4. Д.С. Миранский. Принцип конструирования
аппаратов сверхвысокого давления. Принцип
редуцирования радиального напряжения //При-
кладная механика и механическая физика. 1960,
№ 2, 165–168 с.
5. С.В. Бондарь, С.С. Зубатый, Б.Н. Киркач,
В.И. Лавинский. Программный комплекс
SPACE-T для решения термоупргопластических
контактных задач //Динамика и прочность ма-
шин. 2000, №57, с. 24–34.
6. Свойства конструкционных материалов на
основе углерода: Справочник /Под ред. В.П. Се-
дова. М.: «Металлургия», 1975, 336 с.
АНАЛІЗ МІЦНОСТІ ЕЛЕМЕНТІВ ПРЕС-ФОРМ З ВУГЛЕЦЬ-ВУГЛЕЦЕВИХ МАТЕРІАЛІВ
ДЛЯ ПСЕВДОІЗОСТАТИЧНОГО ПРЕСУВАННЯ
В.П. Ашихмін, О.В. Бірюков, В.О. Гурін, Б.Б. Затолока, В.В. Колосенко, С.Ю. Саєнко
Д.В. Лавінський, О.К. Морачковський
Представлено методи розрахунку і результати аналізу міцності прес-форм із зовнішніми циліндрами з вуглець-вуглецевих композитних матеріалів
(ВВКМ), застосовуваних у ННЦ ХФТІ для пресування виробів методом псевдоізостатичного пресування під тиском до 100 МПа і температурі до 1800 °С.
Стінка циліндра прес-форми моделюється тілом обертання з ВВКМ під внутрішнім тиском. Аналіз міцності заснований на методі скінченних елементів
(МСЕ) і чисельному рішенні на персональному комп'ютері (ПК) системи рівнянь, що розв’язують МСЕ. Приведено розрахункові дані для максимальних
значень інтенсивності напружень у залежності від відношення внутрішнього діаметра стінки до зовнішнього (параметр товстостінності d1/d2) при різних
значеннях відносини довжини навантаженої ділянки до довжини циліндра (/L). За даними розрахунку можна проектувати прес-форми заданих розмірів.
THE STRENGTH ANALYSIS OF THE MOULDS ELEMENTS FROM CARBONEUM - CARBONIC MATERIALS
FOR PSEUDO-ISOSTATIC PRESSING
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 6.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (91), с. 120-123.
123
V.P. Аshihmin, O.V. Biryukov, V.А. Gurin, B.B. Zatoloka, V.V. Kolosenko, S.Yu. Sаyеnko
D.V. Lavinsky, O.K. Morachkovsky
The computational methods and outcomes of the analysis of strength of the moulds elements from carboneum - carbonic composite materials
(CCCM), used in NSC "«KhFTI" for pressing items by a method of pseudo-isostatic pressing under pressure up to 100 MPa and temperature up
to 1800 0С are submitted. The wall of the barrel of a mould is modeled by a body of revolution from CCCM under internal pressure. The strength
analysis is based on a finite element method (FEM) and numerical solution on the personal computer (PC) of a system of authorizing equations
FEM. The predicted data for maximum ratings of intensity of stresses are adduced depending on relation of a minor diameter of a wall to outside
(parameter thick-walled d1/d2) at miscellaneous values of relation of length of the loaded segment to barrel length (l/L). Under the data of calcula-
tions it is possible to engineer moulds of the given sizes.
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 6.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (91), с. 120-123.
124
|