Computer Modeling of the Process for Manufacturing Spherical Vessels from Sheet Steel by Hydroforming
Reliable and safe operation of vessels filled with gas or liquid under high pressure requires compliance with certain requirements for their strength. It is also important to reduce weight and material consumption. Numerous industries, including automotive, chemical engineering, and the rocket and s...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2025
|
| Online Zugang: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/336606 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Institution
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-336606 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-07-31T14:07:20Z |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Гонтаровський, П. П. Гармаш, Н. Г. Сметанкіна, Н. В. Мележик, І. І. Протасова, Т. В. |
| spellingShingle |
Гонтаровський, П. П. Гармаш, Н. Г. Сметанкіна, Н. В. Мележик, І. І. Протасова, Т. В. Computer Modeling of the Process for Manufacturing Spherical Vessels from Sheet Steel by Hydroforming |
| author_facet |
Гонтаровський, П. П. Гармаш, Н. Г. Сметанкіна, Н. В. Мележик, І. І. Протасова, Т. В. |
| author_sort |
Гонтаровський, П. П. |
| title |
Computer Modeling of the Process for Manufacturing Spherical Vessels from Sheet Steel by Hydroforming |
| title_short |
Computer Modeling of the Process for Manufacturing Spherical Vessels from Sheet Steel by Hydroforming |
| title_full |
Computer Modeling of the Process for Manufacturing Spherical Vessels from Sheet Steel by Hydroforming |
| title_fullStr |
Computer Modeling of the Process for Manufacturing Spherical Vessels from Sheet Steel by Hydroforming |
| title_full_unstemmed |
Computer Modeling of the Process for Manufacturing Spherical Vessels from Sheet Steel by Hydroforming |
| title_sort |
computer modeling of the process for manufacturing spherical vessels from sheet steel by hydroforming |
| title_alt |
Комп’ютерне моделювання процесу виготовлення посудин сферичної форми з листової сталі шляхом гідроформування Комп’ютерне моделювання процесу виготовлення посудин сферичної форми з листової сталі шляхом гідроформування |
| description |
Reliable and safe operation of vessels filled with gas or liquid under high pressure requires compliance with certain requirements for their strength. It is also important to reduce weight and material consumption. Numerous industries, including automotive, chemical engineering, and the rocket and space industry, which supply products in bulk, effectively use hydroforming technology for the manufacture of components. Hydroforming is a metalworking process in which complex-shaped structures are created using fluid pressure and displacement constraints instead of traditional mechanical loads (or in combination with them). The successful implementation of this technology is possible due to the advantages that hydroforming has compared to traditional methods, such as the assembly of blankings by welding. A simulation of the manufacture of spherical vessels from sheet steel by hydroforming is proposed in this paper. The software developed on the basis of the finite element method is used, which allows solving elastoplastic problems of thermomechanics by time or load steps in combination with an iterative process on each of them, during which the geometry of the deformed part is refined. To describe the stress-strain state, a logarithmic measure of deformations is used, which allows reflecting real processes occurring in the workpiece. Plastic deformations are taken into account using deformation theory. Thanks to computer modeling of hydroforming technology, spherical models that have the lowest metal content at high pressure were obtained. The obtained vessel models deform elastically under repeated loading due to an increase in the yield strength of the material, therefore they will not be damaged by low-cycle fatigue. They can be used in aerospace engineering as fuel tanks for liquefied oxygen or fluorine and hydrogen. Computer modeling of the hydroforming process allows to quickly and cheaply set the parameters of vessels of various sizes and from different materials, and to obtain an acceptable result without resorting to multiple experimental attempts. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2025 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/336606 |
| work_keys_str_mv |
AT gontarovsʹkijpp computermodelingoftheprocessformanufacturingsphericalvesselsfromsheetsteelbyhydroforming AT garmašng computermodelingoftheprocessformanufacturingsphericalvesselsfromsheetsteelbyhydroforming AT smetankínanv computermodelingoftheprocessformanufacturingsphericalvesselsfromsheetsteelbyhydroforming AT meležikíí computermodelingoftheprocessformanufacturingsphericalvesselsfromsheetsteelbyhydroforming AT protasovatv computermodelingoftheprocessformanufacturingsphericalvesselsfromsheetsteelbyhydroforming AT gontarovsʹkijpp kompûternemodelûvannâprocesuvigotovlennâposudinsferičnoíformizlistovoístalíšlâhomgídroformuvannâ AT garmašng kompûternemodelûvannâprocesuvigotovlennâposudinsferičnoíformizlistovoístalíšlâhomgídroformuvannâ AT smetankínanv kompûternemodelûvannâprocesuvigotovlennâposudinsferičnoíformizlistovoístalíšlâhomgídroformuvannâ AT meležikíí kompûternemodelûvannâprocesuvigotovlennâposudinsferičnoíformizlistovoístalíšlâhomgídroformuvannâ AT protasovatv kompûternemodelûvannâprocesuvigotovlennâposudinsferičnoíformizlistovoístalíšlâhomgídroformuvannâ |
| first_indexed |
2025-09-17T09:28:00Z |
| last_indexed |
2025-09-17T09:28:00Z |
| _version_ |
1850411899151187968 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-3366062025-07-31T14:07:20Z Computer Modeling of the Process for Manufacturing Spherical Vessels from Sheet Steel by Hydroforming Комп’ютерне моделювання процесу виготовлення посудин сферичної форми з листової сталі шляхом гідроформування Комп’ютерне моделювання процесу виготовлення посудин сферичної форми з листової сталі шляхом гідроформування Гонтаровський, П. П. Гармаш, Н. Г. Сметанкіна, Н. В. Мележик, І. І. Протасова, Т. В. Reliable and safe operation of vessels filled with gas or liquid under high pressure requires compliance with certain requirements for their strength. It is also important to reduce weight and material consumption. Numerous industries, including automotive, chemical engineering, and the rocket and space industry, which supply products in bulk, effectively use hydroforming technology for the manufacture of components. Hydroforming is a metalworking process in which complex-shaped structures are created using fluid pressure and displacement constraints instead of traditional mechanical loads (or in combination with them). The successful implementation of this technology is possible due to the advantages that hydroforming has compared to traditional methods, such as the assembly of blankings by welding. A simulation of the manufacture of spherical vessels from sheet steel by hydroforming is proposed in this paper. The software developed on the basis of the finite element method is used, which allows solving elastoplastic problems of thermomechanics by time or load steps in combination with an iterative process on each of them, during which the geometry of the deformed part is refined. To describe the stress-strain state, a logarithmic measure of deformations is used, which allows reflecting real processes occurring in the workpiece. Plastic deformations are taken into account using deformation theory. Thanks to computer modeling of hydroforming technology, spherical models that have the lowest metal content at high pressure were obtained. The obtained vessel models deform elastically under repeated loading due to an increase in the yield strength of the material, therefore they will not be damaged by low-cycle fatigue. They can be used in aerospace engineering as fuel tanks for liquefied oxygen or fluorine and hydrogen. Computer modeling of the hydroforming process allows to quickly and cheaply set the parameters of vessels of various sizes and from different materials, and to obtain an acceptable result without resorting to multiple experimental attempts. Надійна і безпечна експлуатація посудин, наповнених газом або рідиною під високим тиском, потребує виконання певних вимог до їх міцності. Важливим також є зниження ваги й матеріалоємності. Численні галузі промисловості, серед яких автомобілебудування, хімічне машинобудування, ракетно-космічна промисловість, що масово поставляють продукцію, для виготовлення компонентів ефективно використовують технологію гідроформування, що являє собою процес обробки металів, при якому конструкції складної форми створюються за допомогою тиску рідини й обмеження переміщень замість традиційних механічних навантажень (або у поєднанні з ними). Успішне впровадження цієї технології стає можливим завдяки перевагам, які має гідроформування порівняно з традиційними методами, такими, як збірка штамповок за допомогою зварювання. У даній роботі пропонується моделювання виготовлення посудин сферичної форми з листової сталі шляхом гідроформування. Використовується розроблене на основі методу скінченних елементів програмне забезпечення, що дозволяє розв’язувати пружнопластичні задачі термомеханіки шляхом кроків за часом або навантаженням у поєднанні з ітераційним процесом на кожному з них, у ході якого уточнюється геометрія деформованої деталі. Для опису напружено-деформованого стану застосовується логарифмічна міра деформацій, яка дає змогу відобразити реальні процеси, що відбуваються у заготовці. Пластичні деформації враховуються за допомогою деформаційної теорії. Завдяки комп’ютерному моделюванню технології гідроформування одержано моделі сферичної форми, які мають найменшу металоємність при високому тиску. Отримані моделі посудин деформуються пружно при повторному навантаженні за рахунок підвищення границі текучості матеріалу, тому не зазнаватимуть пошкоджень від малоциклової втоми. Вони можуть бути використані в аерокосмічній техніці як паливні баки для зрідженого кисню чи фтору та водню. Комп’ютерне моделювання процесу гідроформування дозволяє швидше і дешевше встановити параметри посудин різноманітних розмірів і з різних матеріалів, а також, не вдаючись до багаторазових експериментальних спроб, отримати прийнятний результат. Надійна і безпечна експлуатація посудин, наповнених газом або рідиною під високим тиском, потребує виконання певних вимог до їх міцності. Важливим також є зниження ваги й матеріалоємності. Численні галузі промисловості, серед яких автомобілебудування, хімічне машинобудування, ракетно-космічна промисловість, що масово поставляють продукцію, для виготовлення компонентів ефективно використовують технологію гідроформування, що являє собою процес обробки металів, при якому конструкції складної форми створюються за допомогою тиску рідини й обмеження переміщень замість традиційних механічних навантажень (або у поєднанні з ними). Успішне впровадження цієї технології стає можливим завдяки перевагам, які має гідроформування порівняно з традиційними методами, такими, як збірка штамповок за допомогою зварювання. У даній роботі пропонується моделювання виготовлення посудин сферичної форми з листової сталі шляхом гідроформування. Використовується розроблене на основі методу скінченних елементів програмне забезпечення, що дозволяє розв’язувати пружнопластичні задачі термомеханіки шляхом кроків за часом або навантаженням у поєднанні з ітераційним процесом на кожному з них, у ході якого уточнюється геометрія деформованої деталі. Для опису напружено-деформованого стану застосовується логарифмічна міра деформацій, яка дає змогу відобразити реальні процеси, що відбуваються у заготовці. Пластичні деформації враховуються за допомогою деформаційної теорії. Завдяки комп’ютерному моделюванню технології гідроформування одержано моделі сферичної форми, які мають найменшу металоємність при високому тиску. Отримані моделі посудин деформуються пружно при повторному навантаженні за рахунок підвищення границі текучості матеріалу, тому не зазнаватимуть пошкоджень від малоциклової втоми. Вони можуть бути використані в аерокосмічній техніці як паливні баки для зрідженого кисню чи фтору та водню. Комп’ютерне моделювання процесу гідроформування дозволяє швидше і дешевше встановити параметри посудин різноманітних розмірів і з різних матеріалів, а також, не вдаючись до багаторазових експериментальних спроб, отримати прийнятний результат. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2025-07-31 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/336606 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 28 No. 2 (2025); 54-60 Проблемы машиностроения; Том 28 № 2 (2025); 54-60 Проблеми машинобудування; Том 28 № 2 (2025); 54-60 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/336606/325244 https://journals.uran.ua/jme/article/view/336606/325245 Copyright (c) 2025 П. П. Гонтаровський, Н. Г. Гармаш, Н. В. Сметанкіна, І. І. Мележик, Т. В. Протасова http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |