W artykule przedstawiono metodykę budowy modeli materiałowych złącza spawanego, które zastosowano do symulacji tłoczenia blachy metodą elementów skończonych. Przeprowadzono weryfikację numeryczną każdego modelu, w oparciu o wyniki doświadczeń fizycznych w warunkach laboratoryjnych oraz półprzemysłowych.
EN
Tailor welded blanks have forming properties considerably different from those of homogenous blanks, therefore special design rules have been worked out. The paper presents results of series of experiments carried out with tailor welded blanks ranging from tension tests to tests of industrial origin. Material testing of tailored blanks has led to a physical model of the joint, in which three material zones are represented: weld area, heat-affected zone and base material. The material properties of these zones can be established by micro-hardness measurements in the neighbourhood of the weld and base materials. Physical model of the joint has been used in the numerical model and numerical simulation has been carried out with Stampack numerical program. Different possibilities of finite element discretization have been considered. In order to increase computational efficiency, a simplified model has been used with the weld being represented by an equivalent beam element. In this model the action of the weld material in the direction of the weld line is taken into account only. The deformation of the weld in the transverse direction is neglected. Results of numerical simulation are presented in the paper and compared with experiments.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki badań weryfikujących wytrzymałość narzędzia stosowanego w chirurgii laparoskopowej. W wyniku przeprowadzonych obliczeń z zastosowaniem metody elementów skończonych wskazano na miejsca w urządzeniu, w których następuje spiętrzanie naprężenia w konsekwencji czego obszary te charakteryzować się będą niższą trwałością od pozostałych elementów narzędzia. W obszarach krytycznych dokonano modyfikacji cech geometrycznych i konstrukcyjnych narządzenia. Wynikiem przeprowadzonych modyfikacji było zmniejszenie poziomu naprężenia w obszarach krytycznych o ok. 30-50% czego efektem będzie wzrost trwałości narzędzia stosowanego w chirurgii laparoskopowej.
EN
The paper presents the results of research verifying the strength of a tool used in laparoscopic surgery. Following the calculations made using the finite element method, some areas have been identified in the instrument, where stress concentration takes place, in consequence of which these areas are characterized by lower durability than other components of the tool. Modification of geometric properties and design features of the tool was made in critical regions. This has led to a reduction of the stress level in the critical regions by ca. 30-50%, the effect of which will be enhanced durability of the tool used in laparoscopic surgery.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Założenia do budowy modelu blachy łączonej "tailored blanks" w technologicznych próbach oceny tłoczności. Wyniki badań metalograficznych i pomiaru mikrotwardości na podstawie parametrów geometrii modelu. Omówiono zależności i sposób rozwiązywania problemu wyznaczania parametrów funkcji umocnienia dla wydzielonych warstw budowy modelu wielowarstwowego.
EN
Initial data for building a model of joined sheet metal "tailored blanks" used in testing pressformability. Results of metallographic examinations and microhardness tests based on geometric parameters of the model. Relationships and method of solving the problem of determining the parameters of a consolidation function for separated layers of a multi-layer model.
W pracy przedstawiono metodę budowy modelu materiałowego złącza spawanego laserowo. W obszarze złącza spawanego wyodrębniono strefy, w których materiał wykazuje różne własności mechaniczne. Krzywe umocnienia wyodrębnionych stref opracowano na podstawie pomiarów mikrotwardości. Model materiału poddano weryfikacji poprzez porównanie zachowania płynięcia materiału w procesie tłoczenia, z zastosowaniem matryc eksploatowanych w praktyce przemysłowej oraz symulacji z wykorzystaniem metody elementów skończonych.
EN
The paper presents results of experiments carried out with tailor welded blanks ranging from tension tests to tests of industrial origin. Material testing of tailor welded blanks has led to a physical model of the joint, in which three material zones are represented: weld area, heat-affected zone and base material. The material properties of these zones can be established by micro-hardness measurements in the neighbourhood of the weld and base materials. Physical model of the join has been used in the numerical model and numerical simulation has been carried out with numerical program.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Methods of examining drawability which allow us to evaluate the flexibility of steel sheets for body-making processing have been presented. Basic mechanical examinations and technological simulation tests reveal that the weld influences the changes in the deformation scheme which together with different thickness of component blanks and their properties result in the changes of the stability loss which leads to drawpiece cracking. Our experience enables us to foresee the behaviour of tailored blanks in the process of forming the elements for car bodies which is associated with typical deformation schemes. Thus in order to verify the stamping process of tailored blanks, a computer simulation was used.
PL
Opisano metodę oceny tłoczności nowoczesnych wsadów z blach łączonych laserowo, które stosuje się do tłoczenia elementów karoserii samochodowych. Stwierdzono, że tradycyjne podejście do oceny blach tego typu na podstawie wyników prób podstawowych i technologicznych jest niewystarczające, ponieważ ocena tłoczności dokonywana na podstawie badań blach składowych nie pozwala prognozować przebiegu procesu tłoczenia blachy łączonej. Dlatego też do analizy procesu tłoczenia tego rodzaju wsadów niezbędne jest zastosowanie symulacji metodą elementów skończonych (MES).
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Purpose: The paper presents the results of calculations of effort for the material of selected superheater chambers' constructional systems in unsteady operation conditions. Design/methodology/approach: In model tests, the influence was analysed of internal pressure and temperature gradient in the chamber wall on the distribution and value of stress. In the calculations, the process of hot start-up of a boiler was simulated, which was accompanied by short thermal shock induced by rapid cooling of the chamber inner wall. Findings: The random nature of thermal shock, which in the industrial practice may occur in any row and to any number of coil pipes, determines the value of maximal stress and the area of its occurrence. It has a significant influence on the possibility of forecasting the durability of chambers in working conditions. Research limitations/implications: The research has evidenced a link between the method of forcing thermal shock and the value of maximal stress in the area of bridges. Practical implications: The research has demonstrated the existence of connection between the way of forcing thermal shock and the stress value which, depending on the variant of cooling the chamber, ranges between 150-370 MPa. These results are very important to the industry connected with the structure of pipelines. Originality/value: It was found that the primary reason for the superheater chamber damage, leading to crack formation, are thermal shocks. A link has been shown between the method of forcing the thermal shock and the value of maximal stress in the zone of bridges.
W pracy przedstawiono metodykę budowy modelu materiałowego złącza spawanego laserowo. W obszarze złącza spawanego wyodrębniono strefy, w których materiał wykazuje różne własności mechaniczne. Krzywe umocnienia wyodrębnionych stref opracowano na podstawie pomiarów mikrotwardości.
Łukowy piec elektryczny (ŁPE) do produkcji stali generuje szereg sygnałów elektrycznych, które mogą być źródłem informacji o przebiegu procesu wytapiania (podobnie jak informacje EKG człowieka). Stopienie partii złomu stanowiącego część ładowanego wsadu, może być zrealizowane w innym czasie, niż zakłada program sterujący pracą pieca. W artykule przedstawiono metodę określenia rzeczywistego czasu topienia złomu poprzez analizę zmierzonych prądów i napięć elektrodowych. Metoda może być wykorzystana do analizy pracy pieca i wspomagania podejmowania decyzji (np. system ekspertowy) przy obsłudze procesu produkcji stali oraz optymalizacji czasu jej topienia w elektrycznym piecu łukowym.
EN
The electric arc furnace (EAF) for steelmaking generates a series of electrical signals while working, that can be a source of information about steelmaking process (as a information’s ECG of human being). The smelting of each charging hopper loaded into the furnace can be done at a different time than assumed in control program. The paper presents a method to determine the actual timing of the melting scrap metal by analyzing the measured currents and voltages of electrodes. The method can be used for analysis working of furnace and decision support (expert systems) for the steel production process and to optimize the time of steel melting in an electric arc furnace.
Two examples of application of artificial neural networks in real control systems are described in the paper. The first application transforms data monitored during extended period of exploitation of the object - complex of buildings at Akademia Górniczo-Hutnicza. In consequence, synthetic information regarding the power requirements in these buildings was obtained. The characteristic, which shows relation between the power requirement and the temperature of the heating water and the surrounding temperature, is presented. In the second application the artificial neural network is used for direct control of the power supply from the city energetic system. Practical implementation of the neural network confirmed its applicability as regulator, which stabilizes the temperature in buildings heated by large energetic installations.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule dokonano oceny zużycia pełzaniowego rurociągów. Naprężenia wyznaczono na podstawie przepisów TRD 301 oraz z zastosowaniem metod numerycznych. Obliczenia wykazały, że istnieje znaczna rozbieżność w szacowaniu zużycia wyniku pełzania prowadzonego różnymi metodami. Dla eksploatatora stanowi to informację, że do obliczeniowej oceny zużycia należy podchodzić z dużą ostrożnością, gdyż na prognozowany czas dalszej eksploatacji znaczący wpływ mogą mieć czynniki nie uwzględnione w procedurach obliczeniowych.
EN
The paper comprises an evaluation of wear of steam pipelines as a result of creep. Stresses were determined on the basis TRD 301 regulations and by applying numerical modelling methods, with taking into account all the identified factors which influence the studied facility's effort. The calculations have shown a substantial discrepancy in estimating the creep-related wear, depending on different methods applied to this end. For a researcher, this information means that great caution should be exercised while making a computational evaluation of wear, since the forecasted time of further operation is likely to be influenced by other factors, which have not been considered in calculation procedures.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Hydroforming, including hydro-bulging, offers several advantages compared with conventional manufacturing via stamping and welding, such as the part consolidation, weight reduction, improved structural strength and stiffness, lower tooling costs, fewer secondary operations, low springback, and reduced the scrap. The increasing demand for highly complex shapes of elements such as: car exhaust systems, connector tubes, branch-joins, car body frames, car roof frames, etc., require developing hydro-mechanical processes of tubes forming. The results of numerical simulation of unbounded hydro-bulging of laser welded tubular blanks have been presented in the paper. The modelling of tubes bulge forming is connected with recognition of many different problems comparing to modelling of laser welded sheets. The experience in domain of modelling study of laser welded blanks stamping processes has been used to predict the results of physical and numerical modelling of tubular blanks hydro-bulging tests. Tubular laser welded blanks have forming properties considerably different from homogenous blanks, therefore special models are required for treatment of the material joint in numerical simulation. Modelling of a weld joint by rigid connection is not enough in many cases. Construction of mathematical models based on discrete measurements of inputs and outputs has been discussed. Finite elements method (FEM) has been used for modelling the tubes shape. Physical model of the joint has been used in the numerical models and numerical simulations have been carried out with the P AM STAMP 2G software program. PAM STAMP 2G is a complete, integrated, scalable and streamlined stamping solution. It covers the entire tooling process from quotation and die design through formability and try-out validation. Numerical results will be compared with experimental ones for tubes made from sheet of DX54D+Z grade of steel. Both physical and numerical modelling show many differences between local strain distribution on the tube shape, especially regarding the area of laser joint and parallel area on the same tube with out the joint. The experimental tests verification has been realized on the specially designed laboratory stand for hydro-mechanical forming of tubes. This stand has been prepared taking into account the analysis of laser welded blanks flow during the hydraulic bulging tests and the tubes bulging tests by inner liquid pressure.
PL
Kształtowanie hydromechaniczne, w tym rozpęczanie hydrauliczne, oferuje liczne korzyści związane z przemysłowym tłoczeniem i spawaniem, jak łączenie części, redukcja masy, wzrost wytrzymałości i sztywności konstrukcji, niższe koszty wytwarzania narzędzi, mniejszą ilość zabiegów międzyoperacyjnych, mniejsze sprężynowanie oraz redukcję ilości powstającego złomu. Zapotrzebowanie na zróżnicowane kształtem elementy samochodów, jak: elementy systemu wydechowego, łączniki, rozgałęźniki, ramy samochodowe, konstrukcje dachów, wymaga rozpoznania procesów hydromechanicznego kształto-wania rur. W referacie przedstawione zostały wyniki numerycznej symulacji swobodnego, hydromechanicznego rozpęczania rur spawanych laserowo. Modelowanie rozpęczania rur jest związane z rozpoznaniem wielu odmiennych zagadnień w porównaniu do modelowania wybrzuszania wsadów spawanych laserowo. Doświadczenie w dziedzinie badań modelowych tłoczenia blach spawanych laserem wykorzystano do przewidywania wyników fizycznego i numerycznego modelowania procesów rozpęczania wsadów rurowych. Właściwości tłoczne rur spawanych lasero-wo zasadniczo różnią się od właściwości blach jednorodnych, stąd do numerycznej symulacji wymagane są specjalne modele materiałowe opisujące właściwości w strefie połączenia materiału. Modelowanie linii spoiny, jako sztywnego połączenia, nic jest wystarczające do opisu tego przypadku. Dlatego też, omówiono model matematyczny skonstruowany w oparciu o dyskretyzację elementów wejściowych i wyjściowych. Do modelowania kształtu rury wykorzystano metodę elementów skończonych (MES). Model fizyczny strefy połączenia został wykorzystany do numerycznego modelowania i symulacji przy zastosowaniu oprogramowania PAM STAMP 2G. Program ten jest kompletnym, zintegrowanym, wielokierunkowym rozwiązaniem, wykorzystywanym do opisu kształtowania powłok. Zawiera ukryte. gotowe nakładki systemowe do projektowania narzędzi, po-cząwszy od wyjściowego kształtu narzędzi z możliwością całkowitej zmiany w trakcie procesu projektowania i oceny wyników prób tłoczenia. Wyniki numerycznej symulacji będą porównywane z wynikami eksperymentów dla rur wykonanych z blachy w gatunku DX56D+Z. Zarówno fizyczne, jak i numeryczne modelowanie wykazuje znaczne zróżnicowanie rozkładów odkształceń lokalnych na powierzchni rury, szczególnie porównując obszar spoiny laserowej i odpowiadający mu równoległy obszar tej samej rury bez spoiny. Eksperymenty weryfikujące wyniki symulacji realizowano na specjalnie zaprojektowanym laboratoryjnym stanowisku do badania procesu hydromechanicznego kształtowania rur. Stanowisko to zbudowano biorąc pod uwagę wyniki analizy plastycznego płynięcia wsadów spawanych laserowo w próbach wybrzuszania cieczą oraz wyniki prób kształtowania rur we-wnętrznym ciśnieniem cieczy.
W artykule zaprezentowano przegląd współczesnych technik stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym. W celu zwiększenia stopnia bezpieczeństwa w transporcie drogowym i zmniejszenia skutków wypadków samochodowych prowadzone są liczne badania pozwalające na przewidywanie końcowego efektu zderzeń przy niewielkich prędkościach przemieszczania. Badania te prowadzone są z wykorzystaniem dwóch technik: numerycznej i doświadczalnej, co pozwala znacznie zwiększyć wytrzymałość na zniszczenie takich elementów konstrukcyjnych samochodu jak belka zderzaka lub łącznik kompensacyjny. Autorzy przedstawiają liczne prace i metody oraz stosowane materiały w celu optymalizacji kształtu, co pozwala na maksymalizację pochłanianej podczas zderzenia energii. W związku z tym, że łącznik kompensacyjny elementu zderzaka jest jednym z najważniejszych elementów pozwalających na kontrolowane pochłaniane energii nagromadzonej podczas zderzenia, przedstawiono na zakończenie pełen proces technologiczny wykonania tej części. W wyniku przeprowadzonej symulacji MES zoptymalizowano kształt ze względu na wytrzymałość zniszczeniową co pozwala na spełnienie wymogów kontrolowanej kolizji przy niewielkich prędkościach.
EN
The paper presents a quick survey of current technologies in automotive industry. To reach a high level of safety requirement and minimize the occurrence and consequences of automobile accidents number of studies have been investigated on the prediction the crash event. These investigations are performed by both techniques: numerical and experimental and they can significantly improved crashworthiness of selected auto-parts such a bumper-beam or crash-box under impact loadings. The authors describe several different methods and materials to optimized the shape of these parts for maximum energy absorption. Since the crash-box is one of the most important automotive parts for crash energy absorption a fully dialed process technology of those part was simulated using FEM and presented in this study. As a result, the optimum shape of crash-box was designed where the maximum crashworthiness can satisfy safety requirements for low velocity impact.
Obecnie praktyczna analiza procesu tłoczenia przeprowadzana jest w rzeczywistości wirtualnej bez kosztownego wykonywania narzędzi. Dzięki temu możliwe jest usunięcie mankamentów np. związanych ze zbyt dużymi zmianami grubości oraz uzyskanymi rozkładami odkształceń lokalnych leżących poniżej GKT, powstałych w kolejnych etapach modelowania numerycznego. Tak rozumiane projektowanie gwarantuje, iż zaprojektowana wg koncepcji przyjętych założeń technologicznych narzędzi wytłoczka zostanie wykonana zgodnie z wymaganiami projektu. W referacie zostaną omówione poszczególne etapy projektowania ze szczególnym uwzględnieniem wpływu cech geometrycznych narzędzi na kształt wytłoczki.
EN
In the paper the system for sheet metal forming design is described. Using the system it is possible to design with high precision the sheet metal forming processes without expensive and time consuming trial and error techniques. The system will able to predict the forming loads, to create the geometry of the tools, to calculate the distribution of strain and stress and to determinate the process condition. That way engineers involved in process design will received a valuable tool, in the form of computer procedure that eliminates or reduces the necessity of investigation by using of the real tools.