2.8.2 Модели, описывающие пластическое состояние материала

Модели, описывающие пластическое состояние тела, являются наиболее сложными и наиболее часто применяемыми для решения задач ОМД, поскольку эти модели описывают поведение материалов заготовки в ходе деформирования. Среди моделей, описывающих пластическое состояние тела, в теории ОМД обычно выделяют следующие (рис. 29) /13/:

Упруго-пластическая неупрочняемая модель (рис.29а) – материал на начальной стадии деформируется по закону Гука, и по достижению значения придела текучести начинается пластическая деформация материала. Упрочнение не учитывается.

Жесткопластическая модель (рис. 29б) – материал начинает деформироваться по достижению значения напряжения текучести без упругого деформирования на начальном этапе. Упрочнение не учитывается. Напряжение не зависит от деформаций.

а) б) в)

Рисунок 29 – Модели, описывающие пластические свойства материалов:

а – упруго-пластическая неупрочняемая; б – жесткопластическая, несжимаемая, неупрочняемая; в – несжимаемая, упрочняемая, жесткопластичекая

Данные модели, используемые для описания технологических процессов горячей обработки металлов, когда упрочнением в материале можно пренебречь.

Несжимаемая упрочняющаяся модель – упругие деформации отсутствуют, пластическая деформация начинается по достижению напряжениями значения напряжения текучести, которые возрастают в соответствии с условиями упрочнения.

Упругая пластическая упрочняемая модель – как правило, не используется, поскольку интервал упругих деформаций составляет обычно менее 5% от общей деформации заготовки. Поэтому нет смысла использовать более сложную модель.

2.8.3 Модели, используемые при моделировании с помощью эвм

На практике применение моделей, описывающих пластические свойства материалов, описанных выше, усложняет решение задачи, и поэтому обычно при моделировании на ЭВМ применяются простые и достаточно точные билинейные и мультилинейные модели (рис. 30).

Билинейная модель – является апроксиммирующей (заменяющей) кривой растяжения на два отрезка, один из которых описывает упругие свойства модели другой пластические (рисунок 30а). Построение модели для конкретного материала осуществляется за счет задания модуля упругости, модуля пластичности и придела текучести материала. Билинейная модель может учитывать или не учитывать упрочнение материала в ходе процесса.

а) б)

Рисунок 30 – Наиболее часто употребляемые модели для описания механических свойств материала: а – билинейная модель; б – мультилинейная.

Мультилинейная модель – отличается от билинейной тем, что разбиение диаграммы растяжения осуществляется не на два, а на большее количество отрезков, что позволяет более точно описать поведение реального материала при деформировании. При этом упругий участок по-прежнему описывается одним отрезком (рис. 30б).

Обычно для построения модели свойств материала в программах моделирования есть режим задания свойств материалов виде таблицы (рис. 31). Это зачастую наиболее простой режим задания свойств материала, основанный на легко доступных экспериментальных данных, в ходе которого осуществляется построение графика модели по точкам. При этом построение зависимости осуществляется для заданной температуры. (Например, при холодной листовой штамповке при температере 20˚). В случае если при моделировании процесса надо учитывать влияние температуры на свойства материала (например, как в горячей штамповке), то вводится график еще для нескольких температур, лежащих в интервале изменения температуры тела по ходу процесса.

Рисунок 31 – Таблица задания свойств материала в программе Deform.

При моделировании процессов ОМД иногда приходит сталкиваться с быстро протекающими во времени процессами (штамповка на ВСМ, и т.д.). В этом случае необходимо, чтобы модель учитывала фактор скорости протекания процесса во времени, поскольку при высоких скоростях обработки свойства материалов отличны от свойств материалов при статичной (медленной) обработке.

Следует запомнить, что правильный выбор модели, описывающий свойства объекта позволяет значительно сэкономить время расчета на ЭВМ и получить при этом достоверные результаты.

Например, при расчете процесса штамповки деталей в открытых штампах пренебрегают деформацией инструмента, считая его абсолютно жестким. В этом случае расчет осуществляется быстрее, поскольку компьютеру приходится рассчитывать деформации только одного тела – заготовки, а не трех как в случае если считать что инструмент (верхний и нижний штампы) деформируются упруго.