Использование режима многопроцессорных вычислений в программном комплексе LS Dyna для моделирования процессов направленного изменения толщины деталей летательных аппаратов PDF
Preview Использование режима многопроцессорных вычислений в программном комплексе LS Dyna для моделирования процессов направленного изменения толщины деталей летательных аппаратов
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. КОРОЛЕВА» (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) А.Г. ШЛЯПУГИН, Ф.В. ГРЕЧНИКОВ, И.П. ПОПОВ, М.В. ХАРДИН ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЖИМА МНОГОПРОЦЕССОРНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ LS DYNA ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ НАПРАВЛЕННОГО ИЗМЕНЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ДЕТАЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Учебное пособие САМАРА Издательство СГАУ 2010 УДК 621.73.681.3 Рецензенты: д-р техн. наук, Каргин В.Р.. к-т техн. наук, Смольников С.Д. Шляпугин А.Г., Гречников Ф.В., Попов И.П., Хардин М.В. Использование режима многопроцессорных вычислений в программном комплексе LS Dyna для моделирования процессов направленного изменения толщины деталей летательных аппаратов: учеб. пособие / Шляпугин А.Г. , Гречников Ф.В. , Попов И.П. , Хардин М.В. - Самара: Изд-во Самар, гос. аэрокосм, ун-та, 2010. - 40 с. : ил. ISBN Данное пособие направлено на формирование у студентов понимания того, каким образом можно управляя толщиной заготовки в ходе технологического процесса добиться наиболее рациональных экономических показателей для разрабатываемой технологии. Первая часть пособия содержит теоретические сведения о возможности формирования заданной толщины заготовки, вторая - посвящена использованию программного обеспечения ANSYS/LS-Dyna. Поскольку рассматриваемый класс задач требует значительных вычислительных ресурсов, то во второй главе также приведены способы повышения производительности вычислений, которые можно использовать при выполнении расчетов задач листовой штамповки с помощью режима параллельных вычислений. УДК 621.73.681.3 ISBN © Самарский государственный аэрокосмический университет, 2010 СОДЕРЖАНИЕ Содержание 2 Введение 3 ЕПостроение модели направленного изменения толщены заготовки 3 1.1 Аналитическая методика оценки толщины заготовки 4 1.2 Установление кинематических соотношений 19 1.3 Решение статической системы уравнений 22 1.4 Определение толщины детали 24 1.5 Использование современных программных средств для адаптации аналитической методики 26 2. Использование режима параллельных вычислений для моделирования процесса штамповки деталей в программе LS-Dyna 27 2.1. Общие сведения о параллельных вычислениях и суперкомпьютерах 27 2.2. Оценка эффективности применения режима параллельных вычислений на примере штамповки детали «обечайка» 30 Заключение 37 Рекомендуемая литература 38 ВВЕДЕНИЕ Инструментальные способы штамповки нашли широкое распространение при изготовлении деталей двигателей летательных аппаратов, что может быть объяснено рядом причин [1,2]: • материал этих деталей обладает высокими прочностными характеристиками, • наличием универсального штампованного оборудования используемого для инструментальной штамповки; • в области инструментальной штамповки в настоящее время накоплен большой производственный опыт, имеется большой научный потенциал; • способы инструментальной штамповки отличаются простотой и надёжностью. Однако их широкое применение сдерживается отсутствием методик проектирования технологий изготовления деталей с учетом рационального использования толщины заготовки. Данное пособие направлено на формирование у студентов понимания того каким образом можно управляя толщиной заготовки в ходе процесса допиться наиболее рациональных экономических показателей для проектируемой технологии. Первая часть пособия содержит теоретические сведения о возможности формирования заданной толщины заготовки, вторая - посвящена использованию программного обеспечения ANSYS/LS-Dyna [3,4]. Поскольку рассматриваемый класс задач требует значительных вычислительных ресурсов, во второй главе приведены способы повышения производительности вычислений ЭВМ при решении задач листовой штамповки с помощью режима параллельных вычислений. 1 .ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ НАПРАВЛЕННОГО ИЗМЕНЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЗАГОТОВКИ Ключевым моментом в направленном изменении толщины, является необходимость точного определения исходной толщины заготовки. В результате проведенных аналитических исследований была предложена следующая методика определения толщины заготовки. 1.1 Аналитическая методика оценки толщины заготовки Определить толщину детали в формообразующих операциях возможно при решении так называемой системы уравнений, куда входят уравнения равновесия сил, уравнения связи напряжений и деформаций, зависимость интенсивности деформаций и интенсивности напряжений, уравнения Коттти. В полярной системе координат приближенные уравнения равновесия для оболочки примут вид: р^+ст а+^.Руст -f °JL.P = О р dp р{ dp s } °в sma s 4 ^ ^ °Ж = °Л+°л V (1.2) s ~ Rp Для круглой оболочки в цилиндрической системе: ^+<7 _d^_L°± = о dh hdh-S Re 3) Уравнение связи напряжений и приращений деформации, которые для трансверсально-изотропного металла имеют вид: (1.4) е (1.5) Накопленная интенсивность приращений деформаций определяется : Необходимым условием полной системы уравнений является наличие: - уравнения интенсивности приращения деформации Ав —- +2/jAe0Aes е (1.7) уравнения аппроксимации интенсивности деформаций и интенсивности напряжений =кеп, с е (1.8) - условие постоянства объема Авр + АС0 + АС\; = 0. ^ где l\ер = \ц ' 'Р 1 oil.. (1.10) Ае3=1ц $ |, (1.11) &ев=1ц £. (1.12) Для цилиндрической системы координат в приведенных уравнениях индекс р заменяется на h с учетом геометрической связи между ними. Приведенные уравнения (их 11) образуют систему, которая содержит 13 неизвестных (ар, аО, аН, AeS, АеО, Аер, ае, Аее, ее, S, р, а, 1) например, от независимой переменной г. Чтобы система была статически определима, необходимы еще два уравнения. Их берут из геометрических соотношений. Например, для очага деформации по срединной поверхности листовой заготовки в виде сферы имеем p = Rp-sina, представлять наиболее простой и достаточно точной зависимостью. Опыт расчёта показывает, что изменение толщины происходит в рамках, так называемого малого параметра. Как правило, достаточно решение первого приближения, полученного по формуле (1.25). Этот расчёт выполнен для нестационарного очага деформации. Нестационарный очаг деформации сопровождается изменением размеров, а так как значения напряжений в данном элементе определяются по существу расстоянием от свободного контура заготовки, то в первом приближении можно принять, что в процессе деформирования напряжения, действующие на рассматриваемый элемент, не изменяются (изменение координаты свободного контура в процессе деформирования происходит одновременно с изменением координаты рассматриваемого элемента и однозначно ему). При таких допущениях среднее значение показателя степени в выражении (1.25) может быть найдено по величинам соотношений напряжений, действующих на рассматриваемый элемент в начальной или конечной стадии деформирования. Значения соотношения напряжений целесообразно определять при максимальной величине очага деформации; если в процессе деформирования размеры очага деформации убывают (вытяжка плоской заготовки, отбортовка), то напряжения следует определять в начальной стадии деформирования, если увеличиваются - в конечной стадии деформирования. При анализе операций со стационарным очагом деформации может быть принята аналогичная последовательность решения с той лишь целью, что при отыскании значений толщины в очаге деформации должны быть использованы другие допущения. Действительно, перемещение элемента заготовки в стационарном очаге деформации сопровождается значительным изменением соотношения между напряжениями, действующими на рассматриваемый элемент, поскольку эти напряжения являются функцией координат, а координаты элемента изменяются при его перемещении в очаге деформации. В этом случае при отыскании среднего значения соотношения между напряжениями, входящего в формулу (1.26), можно принять, что среднее значение является средним арифметическим соотношением между напряжениями, действующими на рассматриваемый элемент в его начальном и конечном положениях. При этом, как и раньше, соотношение между напряжениями может определяться в качестве первого приближения на основе соотношений напряжений, найденных без учёта изменения толщины заготовки в процессе деформирования и упрочнения. Надо иметь в виду то обстоятельство, что изменение толщины заготовки рассматривается относительно независимой переменной. Это не исключает возможность рассматривать утолщение или утонения заготовки так, чтобы не изменился характер её изменения. Например, плоская заготовка и деталь с постоянной толщиной больше или меньше заготовки. В этом случае в уравнении (1.13) dS=0. В общем случае формообразование листовых заготовок, когда независимая переменная не определяет однозначно деформацию элемента, наиболее рационально в качестве искомой функции для деформации принимать функцию перемещения. На рисунке 1.1 представлен элемент заготовки (заштрихованный) в разные промежутки времени. В момент начала пластической деформации tl он характеризуется следующими размерами: длиной dlH, толщиной SH, радиусом г. Текущие размеры элемента обозначены соответственно dl,S,p. Перемещение элементов заготовки по оси р обозначим через U по оси h через W.
The list of books you might like
