Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Моделирование и оптимизация выбора свойств материалов и структур оболочковых форм по выплавляемым моделям

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-9-742-754

Полный текст:

Аннотация

Представлена математическая модель процесса оптимизации выбора материала и морфологического строения оболочковой ф мы, обладающей наибольшей сопротивляемостью к трещинообразованию при заливке ее жидким металлом. Для решения поставленной задачи использована теория малых упругопластических деформаций и уравнения теплопроводности, а также апробированные численные методы. Построена целевая функция min – max от управляющих переменных, характеризующих свойства формовочного материала, из которого изготавливается оболочковая форма. Рассмотрен процесс нагрева осесимметричной оболочковой формы при заливке в нее жидкого металла. Стойкость оболочковой формы оценивается по возникающим в ней напряжениям. Составлен алгоритм решения задачи. С использованием численных схем и комплексов программ, разработанных в предыдущих исследованиях, построен алгоритм решения задачи оптимизации и найдены значения управляющих переменных. При этих значениях управляющих переменных оболочковая форма не разрушается даже при наличии жесткого процесса – заливки стали в холодную оболочковую форму. Проведен анализ влияния веса каждого из найденных параметров на значение построенной целевой функции. С помощью математического эксперимента проведено исследование морфологического строения оболочковой формы. Рассмотрена оболочковая форма из пяти слоев. Скорректированная система уравнений позволяет учитывать свойства слоев, выполненных из разных материалов. Выполнены расчеты для случая, когда слой оболочковой формы из материала, найденного оптимизацией, занимает различные положения в сечении формы; при этом остальные слои формы изготовлены из традиционной керамики. Найдено оптимальное местоположение этого слоя. Показано, что наличие нескольких слоев с найденными свойствами не влияет на повышение трещиностойкости оболочковой формы.

Об авторах

В. И. Одиноков
Комсомольский-на-Амуре государственный университет (КнАГУ)
Россия

д.т.н., профессор-консультант, главный научный сотрудник Управления научно-исследовательской деятельностью

681013, Хабаровский край, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27



Э. А. Дмитриев
Комсомольский-на-Амуре государственный университет (КнАГУ)
Россия

д.т.н., доцент, ректор

681013, Хабаровский край, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27



А. И. Евстигнеев
Комсомольский-на-Амуре государственный университет (КнАГУ); Хабаровский федеральный исследовательский центр (Институт машиноведения и металлургии) ДВО РАН
Россия

д.т.н., профессор-консультант, главный научный сотрудник Управления научно-исследовательской деятельностью

681013, Хабаровский край, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27
681005, Хабаровский край, Комсомольск-на-Амуре, ул. Металлургов, 1 



А. В. Свиридов
Комсомольский-на-Амуре государственный университет (КнАГУ)
Россия

к.т.н., доцент кафедры «Металлургия машиностроения»

681013, Хабаровский край, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27



Е. П. Иванкова
Комсомольский-на-Амуре государственный университет (КнАГУ)
Россия

старший преподаватель кафедры «Промышленная электроника»

681013, Хабаровский край, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27



Список литературы

1. Литье по выплавляемым моделям / В.Н. Иванов, С.А. Казеннов, Б.С. Курчман и др.; под ред. Я.И. Шкленника и В.А. Озерова. – М.: Машиностроение, 1984. – 408 с.

2. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния оболочковых форм по выплавляемым моделям: монография / А.И. Евстигнеев, В.И. Одиноков, В.В. Петров, Э.А. Дмитриев. – Владивосток: Дальнаука, 2009. – 140 с.

3. Напряженно-деформированное состояние оболочковых форм в литье по выплавляемым моделям / И.Г. Сапченко, С.А. Некрасов, С.Г. Жилин, М.В. Штерн. – Комсомольск-на-Амуре: ИМиМ ДВО РАН, 2005. – 156 с.

4. Савинов А.С. Методические основы оценки и прогнозирования напряженно-деформированного состояния системы «отливка-форма» для предупреждения образования горячих трещин в фасонных отливках / Автореф. дис. … д-ра техн. наук. – Магнитогорск, 2016. – 42 с.

5. Аласкаров Нофал Иса оглы. Исследование структуры и свойств оболочковых форм по выплавляемым моделям при их прокаливании, заливке расплавом и кристаллизации отливок // Автореф. дис. … канд. техн. наук. – Комсомольск-на-Амуре, 1997. – 18 с.

6. Петров В.В. Теоретические и технологические основы управления свойствами моделей и форм в литье по удаляемым моделям для получения качественных отливок // Автореф. дис. … д-ра техн. наук. – Комсомольск-на-Амуре, 2002. – 44 с.

7. Салина М.В. Комплексное исследование влияния вакуумирования на размерно-геометрическую точность и физико-механические свойства моделей и оболочковых форм с целью получения качественных точных отливок в литье по выплавляемым моделям // Автореф. дис. … канд. техн. наук. – Комсомольск-наАмуре, 2005. – 24 с.

8. Дмитриев Э.А. Исследование, разработка и внедрение в производство литейных формовочных смесей на основе комплексных неорганических связующих с целью повышения их технологических свойств // Автореф. дис. … д-ра техн. наук. – Комсомольск-на-Амуре, 2009. – 36 с.

9. Севастьянов Г.М. Моделирование напряженно-деформированного состояния при заливке и затвердевании металла в керамической оболочковой форме // Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. – Владивосток, 2011. – 16 с.

10. Сапченко И.Г. Теория и практика формирования пористых структур в литье по выплавляемым моделям // Автореф. дис. … д-ра техн. наук. – Комсомольск-на-Амуре, 2011. – 32 с.

11. Юсипов Р.Ф., Рыбкин В.А., Степанов Ю.А. Стенд для контроля деформаций керамических оболочковых форм // Литейное производство. 1981. № 5. С. 32 – 33.

12. Голенков Ю.В., Рыбкин В.А., Юсипов Р.Ф. Силовое взаимодействие опорного материала с оболочкой формы при литье по выплавляемым моделям // Литейное производство. 1988. № 2. С. 14 – 15.

13. Шпиндлер С.С., Неуструев А.А., Мамлеев Р.Ф. Исследование термомеханических свойств оболочковых форм по выплавляемым моделям // Литейное производство. 1983. № 3. С. 19 – 20.

14. Васин Ю.П., Лонзингер В.А. Расчет термостойкости оболочек при литье по выплавляемым моделям // Литейное производство. 1987. № 2. С. 19 – 21.

15. Тимофеев Г.И., Огорельцев В.П., Черепнин А.Ю. Влияние температурного фактора на напряженно-деформированное состояние оболочковой формы // Изв. вуз. Черная металлургия. 1990. № 8. С. 69 – 71.

16. Grigorenko Y.M., Vasilenko A.T, Pankratova N.D. Stress state and deformability of composite shells in the three-dimensional statement // Mechanics of Сomposite Materials. 1985. Vol. 20. No. 4. P. 468 – 474.

17. Kulikov G.M. Influence of anisotropy on the stress state of multilayer reinforced shells // Soviet Applied Mechanics. 1987. Vol. 22. No. 12. P. 1166 – 1170.

18. Zveryaev E.M., Berlinov M.V., Berlinova M.N. The integral method of definition of basic tension condition anisotropic shell // Int. Journal of Applied Engineering Research. 2016. Vol. 11. No. 8. P. 5811 – 5816.

19. Grigorenko Ya.M., Grigorenko A.Ya., Zakhariichenko L.I. Analysis of influence of the geometrical parameters of elliptic cylindrical shells with variable thickness on their stress-strain state // Int. Applied Mechanics. 2018. Vol. 54. No. 2. P. 155 – 162.

20. Krasovsky V.L., Lykhachova O.V., Bessmertnyi Ya.O. Deformation and stability of thin-walled shallow shells in the case of periodically non-uniform stress-strain state. – In: Proc. of the 11 th Int. Conference «Shell Structures: Theory and Applications». 2018. Vol. 4. P. 251 – 254.

21. Gerasimenko P.V., Khodakovskiy V.A. Numerical algorithm for investigating the stress-strain state of cylindrical shells of railway tanks // Vestnik of the St. Petersburg university: Mathematics. 2019. Vol. 52. No. 2. P. 207 – 213.

22. Meish V.F., Maiborodina N.V. Stress state of discretely stiffened ellipsoidal shells under a nonstationary normal load // Int. Applied Mechanics. 2018. Vol. 54. No. 6. P. 675 – 686.

23. Maximyuk V.A., Storozhuk E.A., Chernyshenko I.S. Stress state of flexible composite shells with reinforced holes // Int. Applied Mechanics. 2014. Vol. 50. No. 5. P. 558 – 565.

24. Vetrov O.S., Shevchenko V.P. Study of the stress-strain state of orthotropic shells under the action of dynamical impulse loads // Journal of Mathematical Sciences. 2012. Vol. 183. No. 2. P. 231 – 240.

25. Rogacheva N.N. The effect of surface stresses on the stress-strain state of shells // Journal of Applied Mathematics and Mechanics. 2016. Vol. 80. No. 2. P. 173 – 181.

26. Banichuk N.V., Ivanova S.Yu., Makeev E.V. On the stress state of shells penetrating into a deformable solid // Mechanics of Solids. 2015. Vol. 50. No. 6. P. 698 – 703.

27. Maksimyuk V.A., Mulyar V.P., Chernyshenko I.S. Stress state of thin spherical shells with an off-center elliptic hole // Int. Applied Mechanics. 2003. Vol. 39. No. 5. P. 595 – 598.

28. Vasilenko A.T., Sudavtsova G.K. The stress state of stiffened shallow orthotropic shells // International Applied Mechanics. 2001. Vol. 37. No. 2. P. 251 – 262.

29. Vasilenko A.T., Urusova G.P. The stress state of anisotropic conic shells with thickness varying in two directions // Int. Applied Mechanics. 2000. Vol. 35. No. 5. P. 631 – 638.

30. Nemish Yu.N., Zirka A.I., Chernopiskii D.I. Theoretical and experimental investigations of the stress-strain state of nonthin cylindrical shells with rectangular holes // Int. Applied Mechanics. 2000. Vol. 36. No. 12. P. 1620 – 1625.

31. Rogacheva N.N. The effect of surface stresses on the stress-strain state of shells // Journal of Applied Mathematics and Mechanics. 2016. Vol. 80. No. 2. P. 173 – 181.

32. Tovstik P.E., Tovstik T.P. Two-dimensional linear model of elastic shell accounting for general anisotropy of material // Acta Mechanica. 2014. Vol. 225. No. 3. P. 647 – 661.

33. Storozhuk E.A., Chernyshenko I.S., Kharenko S.B. Elastoplastic deformation of conical shells with two circular holes // Int. Applied Mechanics. 2012. Vol. 48. No. 3. P. 343 – 348.

34. Marchuk A.V., Gnidash S.V. Analysis of the effect of local loads on thick-walled cylindrical shells with different boundary conditions // Int. Applied Mechanics. 2016. Vol. 52. No. 4. P. 368 – 377.

35. Ivanov V.N., Imomnazarov T.S., Farhan I.T.F., Tiekolo D. Analysis of stress-strain state of multi-wave shell on parabolic trapezoidal plan // Advanced Structured Materials. 2020. Vol. 113. P. 257 – 262.

36. Петров В.В., Аласкаров Н.И., Одиноков В.И. Расчет напряжений и деформаций в оболочковой форме при затвердевании отливки // Литейное производство. 2000. № 3. С. 53 – 55.

37. Евстигнеев А.И., Петров В.В., Одиноков В.И., Салина М.В. Математическое моделирование процесса кристаллизации металла в оболочковой осесимметричной форме // Изв. вуз. Черная металлургия. 2005. № 9. С. 41 – 45.

38. Одиноков В.И., Севастьянов Г.М., Сапченко И.Г. Эволюция напряженного состояния керамической формы при нестационарном внешнем тепловом воздействии // Математическое моделирование. 2010. Т. 22. № 11. С. 97 – 108.

39. Севастьянов Г.М., Одиноков В.И., Сапченко И.Г. Трещинообразование в керамических формах при заливке металла // Деформация и разрушение материалов. 2010. № 10. С. 25 – 28.

40. Математическое моделирование сложных технологических процессов / В.И. Одиноков, Б.Г. Каплунов, А.В. Песков, А.В. Баков. – М.: Наука, 2008. – 176 с.

41. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661389. ОДИССЕЙ // Одиноков В.И., Прокудин А.Н., Сергеева А.М., Севастьянов Г.М. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 13.12.2012.


Для цитирования:


Одиноков В.И., Дмитриев Э.А., Евстигнеев А.И., Свиридов А.В., Иванкова Е.П. Моделирование и оптимизация выбора свойств материалов и структур оболочковых форм по выплавляемым моделям. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2020;63(9):742-754. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-9-742-754

For citation:


Odinokov V.I., Dmitriev E.A., Evstigneev A.I., Sviridov A.V., Ivankova E.P. Choice of materials properties and of shell molds structure by investment models. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2020;63(9):742-754. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-9-742-754

Просмотров: 97


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)