Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Modelowanie obróbki strumieniem wodnościernym tworzyw sztucznych metodą elementów skończonych

Wala T.

Prace Naukowe Katedry Budowy Maszyn / Politechnika Śląska

|

2005

|

nr 3

5-158

PL

Obróbka wysokociśnieniowym stłumieniem wodnym oraz wysokociśnieniowym strumieniem wodnościernym zaliczana do grupy technologii określanej mianem High-Tech, jest jedną z metod erozyjnych sposobów obróbki. Zalety tej metody obróbki polegają na m.in. na stosowaniu przyjaznych ekologicznie i powszechnie dostępnych mediów obróbkowych, jakimi są woda i ścierniwo, możliwości obróbki praktycznie każdego materiału w tym niejednorodnych (kompozyty zbrojone włóknami) w dużym zakresie grubości. Kolejne zalety tej metody sposobu obróbki, jak np. brak wpływów cieplnych na materiał obrabiany, niewielka szerokość cięcia, łatwość automatyzacji uzasadniają stosowanie metody obróbki strumienia wodnościernego w przemyśle lotniczym, samochodowym, kosmicznym, zbrojeniowym, spożywczym i szeregu innych. Dla uzyskania materiałów o najwyższej jakości powierzchni obrobionej uzyskanej metodą wodnościerną konieczny jest właściwy dobór parametrów obróbki. Z powodu złożonego wzajemnego oddziaływania wielu parametrów obróbki wodnościernym poszukuje się rozwiązań, które w sposób prosty, szybki i niedrogo opracują model, który prognozowałby głębokość przecięcia bez przeprowadzania badań eksperymentalnych lub, jeśli istnieje taka konieczność, ich zmniejszenia do minimum. Do tej pory zbudowano jedynie kilka prostych modeli, które wykorzystywały metodę elementów skończonych, w celu określenia mechanizm erozji. Badania te jednak dotyczyły z reguły tylko materiałów jednorodnych (np. stal). Celem nadrzędnym pracy jest zbudowanie modelu, który umożliwi prognozowanie głębokości erozji materiałów niejednorodnych typu włókniste kompozyty polimerowe. W celu wyjaśnienia zjawisk powstających w czasie procesu cięcia strumieniem wodnościernym zbudowano nieliniowy, dynamicznych model MES. Podstawowym zadaniem podczas projektowania modelu jest opracowanie wzajemnego oddziaływania narzędzia i materiału przedmiotu obrabianego. Model materiału obrabianego uwzględnia takie warunki, jakimi są: ortotropia charakterystyczna dla kompozytów zbrojone włóknami długimi, warunki warstwy przejściowej definiującej połączenie międzywarstwowe. Model narzędzia opiera się na dwóch podejściach: pierwszy, do analizy uderzenia pojedynczej cząstki ścierniwa w powierzchnię przedmiotu obrabianego dla celów śledzenia penetracji cząstki w kompozycie, drugi, do analizy uderzenia strumienia wodnego dla celów śledzenia penetracji czystej wody w materiale i śledzenia zjawisk różnych zniszczeniowych, takich jak delaminacja. Na podstawie pierwszego modelu opracowano model matematyczny do prognozowania całkowitej głębokości przecięcia w zależności od niektórych wybranych parametrów obróbki tj. ciśnienie, posuw, strumień ścierniwa. Na podstawie drugiego modelu zbadano wpływ zastosowania strumienia czystej wody na charakter erozji kompozytu. Dodatkowo wyznaczono odkształcenia i naprężenia w otoczeniu strefy przecięcia materiału przedmiotu obrabianego jako wynik erozyjnego działania strumienia wodnościernego. Badania modelowe poddano weryfikacji na drodze doświadczeń laboratoryjnych. Zbadano szczegółowy wpływ warunków pracy (tj. ciśnienie strumienia wodnościernego, posuw głowicy tnącej, natężenia przepływu ścierniwa) na głębokość erozji i topografię przecięcia. Wykonano szereg eksperymentów, w którym zmieniano w szerokim zakresie parametry i zarejestrowano odpowiadające im kształty szczelin przecięcia. Badania wykonano dla kilku rodzajów próbek kompozytowych. Wykorzystano maszynę do obróbki strumieniem wodnościernym, o maks. ciśnieniu strumienia wodnościernego 380 [MPa]. Zarys wrębu w próbkach kompozytowych, topografia przecięcia i głębokość szczeliny zostały zmierzone na maszynie pomiarowej. Kształt wrębów przedstawiono na fotografiach. Wyniki badań doświadczalnych potwierdziły możliwość prognozowania głębokości erozji na drodze obliczeń metodą elementów skończonych. Model MES w sposób dokładny, czyli na poziomie akceptowalnego błędu wyniku tj. ok. 10%.

EN

The waterjet machining and abrasive waterjet machining belongs to group of technology, which is called High-Tech. The advantages of AWJM rely on using ecological and commonly accessible machining of each material including inhomogeneous materials (composites reinforced by fibers). The other advantages of the AWJM such as: no thermal effects inside workpiece, narrow cutting width and automation facility let to apply that machining method in automotive, aircraft, aerospace and military industry. It is necessary to proper choice of machining parameters to obtain workpiece surface with good quality machined by AWJM. Due to the complex interaction of several AWJM parameters should be created simple, quick and inexpensive method of predict depth kerf model without experimental researches . Up to day only few simply models were created using the finite element method, which allow analyzing erosion mechanism. However that research concerned only homogenous materials (e.g. steel). The main objective of the doctor's thesis is developing a model for prediction of the depth of cut of inhomogeneous materials (polymeric composites reinforced by fibers). A nonlinear dynamic finite element model has been developed in order to explain the behavior of the process. During development of model the basis of task has been definition of interaction between the tool and a workpiece. There are detailed analysis design composite materials and cutting tool. Two analysis has been conducted: first, the impacting single abrasive particle into surface of workpiece analysis, second, the analysis impacting pure waterjet in order to observation of penetration water inside material and tracing failure phenomena such us delamination. On the basis of first model a mathematical model for depth kerf prediction was developed. The one depends on several machining parameters i.e. pressure, traverse rate, abrasive flow rate. On the basis of second model the influence pure waterjet on character of composite erosion mechanism was studied. Additionally deformations and stresses in the workpiece material, the vicinity of the cutting interface as a result of the erosion impact by abrasive waterjet were obtained. The FEA of AWJM was verified by experimentation. The effect of the working condition e.g. waterjet [pressure, traverse rate, abrasive flow rate on the depth of cut and kerf topography are investigated in detail. Extensive series of AWJM experiments for large range of working conditions were made and corresponding kerf shapes were recorded. The research for several specimens were earned out. The machine tool had a maximum pressure of 380 MPa. The workpiece kerf profile, cutting topography and kerf depth were measured on the measuring machine. The profile as photos was presented. The experimental results confirmed capability of the FEM in predicting the depth of cut. The model accurately predicts the depth of erosion acceptable range of calculation error i.e. 10%.

2

Badania eksperymentalne obróbki strumieniem wodnościernym kompozytów włóknistych

Wala T.

Prace Naukowe Katedry Budowy Maszyn / Politechnika Śląska

|

2005

|

nr 4

213-226

PL

Celem badań była ocena wpływu wybranych parametrów cięcia tj. ciśnienia, posuwu, strumienia ściernego na głębokość szczeliny przedmiotu obrabianego. W wyniku przeprowadzonych badań dokonano opisu topografii powierzchni szczeliny w zależności od parametrów obróbki dla kilku rodzajów próbek kompozytowych.

EN

The article presents investigations of influences of some cutting parameters i.e. pressure, feed rate, abrasive flow rate on quality of kerf cutting. The kerf depth, kerf profile and cutting topography of polymeric composite samples are described.

3

Finite element analysis of abrasive waterjet machining

Hassan A.I.

Prace Naukowe Katedry Budowy Maszyn / Politechnika Śląska

|

2001

|

nr 1

6-118

4

Badania modelowe obróbki tworzyw sztucznych strumieniem wodnościernym metodą elementów skończonych

Wala T.

Prace Naukowe Katedry Budowy Maszyn / Politechnika Śląska

|

2001

|

nr 2

145-156

PL

Artykuł prezentuje wstępną próbę modelowania metodą elementów skończonych obróbki kompozytów polimerowych metodą AWJM. Artykuł pokazuje dotychczasowy stan prób symulacji AWJM metodą elementów skończonych. Dyskutowane są założenia modelu AWJM polimerowych kompozytów. Zmiany naprężeń von Mises'a oraz odkształceń kompozytu z osnową epoksydową i włóknami szklanymi w wyniku uderzenia strumienia wodno-ściernego przedstawiono dla kilku różnych kroków czasowych. Analiza wyników może pozwolić wyjaśnić mechanizm erozji materiałów niejednorodnych jakimi są polimerowe materiały kompozytowe.

EN

The paper presents a first attempt to Finite Element Method modelling of AWJM of polymeric composites. There is a state of art of FEM simulation of AWJM presented. Assumptions of a FEM model of AWJM of polymeric composite are discussed. Von Mises stresses development and displacement of a glass/epoxy (G/Ep) polymer composite as a result of AWJM impact for several different time steps is shown. It helps to explain the mechanism of AWJM erosion of unhomogenous materials i.e. polymer composites.

5

Analysis of stresses in abrasive waterjet machining (AWJM)

Hassan A., Kosmol J., Bursa J.

Zeszyty Naukowe. Mechanika / Akademia Techniczno-Rolnicza w Bydgoszczy

|

2000

|

Z. 46 (225)

45-59

EN

Despite a large number of abrasive waterjet machining (AWJM) models developed, there still has been some confusion about the nature of how workpiece surfaces erode. It is believed that analysis of stresses generated at the AWJ cutting interface could provide a deeper insight into the erosion behaviour. The present paper presents a stress analysis of AWJM using a non-linear dynamic finite element (FE) code in order to explain the process. The main objective is to develop an erosion mechanism which would describe the abrasive-material interaction adequately. The new model considers both AWJ dynamic loading conditions and non-linear material behaviour. The results show that the workpiece material fails due to highly localised plastic deformation caused by compressive stresses, especially at the AWJ cutting interface.Also AWJM causes residual stresses to remain in the workpiece material after machining

6

Finite element modeling of abrasive waterjet machining (AWJM)

Hassan A.I., Kosmol J.

Prace Naukowe Katedry Budowy Maszyn / Politechnika Śląska

|

2000

|

nr 1

83-98

EN

Despite the large number of abrasive waterjet machining (AWJM) models developed so far, there still has been confusion about the nature by which workpiece surfaces are eroded. The finite element method (FEM) could provide both qualitative and quantitative means in order to explain the AWJ erosion process. This paper presents an attempt to model the AWJM process using the powerful tool of the finite element method. The main objective is to develop an FE model which would enable to predict the depth of cut without any cutting experiments. The new model takes into account the precise representation of the constitutive behaviour of the workpiece material under AWJ dynamic loading conditions. Interaction of the abrasive particle with the workpiece material is traced at small time increments. The model accurately predicts the depth of cut as a result of AWJ impact and the results are in good agreement with experimental results.

PL

Pomimo dużej liczby prac i modeli obróbki strumieniem wodno-ściernym, w dalszym ciągu nie jest wyjściowy mechanizm erozji materiału z przedmiotu obrabianego. Metoda elementów skończonych (MES) może umożliwić jakościową i ilościową ocenę procesu erozji. Referat przedstawia próbę opracowania modelu metodą elementów skończonych. Celem badań było przewidywanie głębokości cięcia drogą symulacji. Model uwzględnia dokładniejszą reprezentację właściwości materiałowych przedmiotu poddanego dynamicznemu działaniu strugi cieczy. Wzajemne oddziaływanie pomiędzy cząstką ścierniwa i przedmiotem są śledzone w bardzo małych odstępach czasu, rzędu mikrosekund. Badania symulacyjne potwierdziły, że głębokość cięcia jako efekt zderzenia cząstki ścierniwa z przedmiotem jest bardzo zbliżone do wartości uzyskanych z badań eksperymentalnych.