МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА СВЕРХПЛАСТИЧЕСКОЙ ФОРМОВКИ КРУГЛОЙ МЕМБРАНЫ

Исследован режим сверхпластической формовки круглой мембраны при постоянном давлении. Математическая модель технологического процесса построена в рамках основных предположений безмоментной теории оболочек, а также двух известных из литературы упрощенных подходов, основанных на гипотезе о равнотолщинности оболочки по ее профилю и равнорастянутости меридиана, проходящего через полюс купола. Проанализированы методы расчета продолжительности процесса сверхпластической формовки круглой мембраны. Проведено конечно-элементное моделирование рассматриваемого процесса с использованием учебной версии программного комплекса ANSYS 10ED. В данной работе рассмотрены два варианта постановки краевой задачи механики сверхпластичности – теории ползучести и вязкопластичности. Результаты вычислений по аналитическим формулам сопоставлены с решениями краевых задач теории ползучести и вязкопластичности, полученными в среде программного комплекса ANSYS. Значения материальных постоянных были определены по данным одноосных испытаний и тестовых формовок титанового сплава ВТ6 (Ti–6Al–4V). Показано, что в том случае, если для идентификации модели материала используются тестовые формовки, результаты расчетов оказываются намного более корректными, а погрешность оценки снижается с уровня ~20 % (при идентификации модели по результатам стандартных одноосных механических испытаний) до ~3 %.

1. Backofen W.A., Turner I.R., Avery D.H. Superplasticity in an Al Zn alloy // Trans. ASM. 1964. Vol. 57. P. 980—990.

2. Cornfield G.G., Johnson R.H. The forming of superplastic sheet materials // Int. J. Mech. Sci. 1970. Vol. 12. P. 479—490.

3. Смирнов О.М. Обработка металлов давлением в состоянии сверхпластичности. М.: Машиностроение, 1979.

4. Paton N.E., Hamilton C.H. (Eds.). Superplastic forming of structural alloys. Warrendale, PA: TMS-AIME, 1982.

5. Padmanabhan K.A., Vasin R.A., Enikeev F.U. Superplastic Flow: Phenomenology and mechanics. Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag, 2001.

6. Чумаченко E.H., Смирнов O.M., Цепин M.A. Сверхпластичность: материалы, теория, технологии. M.: КомКнига, 2005.

7. Jarrar F.S., Abu-Farha F.K., Hector Jr. L.G., Khraisheh M.K. Simulation of high-temperature AA5083 bulge forming with a hardening/softening material model // J. Mater. Eng. Perform. 2009. Vol. 18. No. 7. P. 863—870.

8. Aksenov S.A., Zakhariev I.Y., Kolesnikov A.V., Osipov S.A. Characterization of superplastic materials by results of free bulging tests// Mater. Sci. Forum. 2016. Vol. 838— 839. P. 552— 556. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF. 838—839.552.

9. Tsuzuku T. Superplastic forming of aerospace metallic materials // Mater. Sci. Forum. 1999. Vol. 304—306. P. 831—836.

10. Sato E., Sawai S., Uesugi K., Takami T., Furukawa K., Kamada M., Kondo M. Superplastic titanium tanks for propulsion system of satellites // Mater. Sci. Forum. 2007. Vol. 551—552. P. 43—48.

11. Beck W., Duong L., Rogall H. Titan 6-4 hemispheres for SCA system of Ariane 5 // Mat.- Wiss. U. Werkstofftech. 2008. Vol. 39. No. 4—5. P. 293—297. DOI: 10.1002/mawe.200800292.

12. Jovane F. An approximate analysis of the superplastic forming of a thin circular diaphragm: theory and experiments // Int. J. Mech. Sci. 1968. Vol. 10. No. 5. P. 403—427.

13. Belk J.A. Quantitative model of the blow-forming of spherical surfaces in superplastic sheet metal // Int. J. Mech. Sci. 1975. Vol. 17. P. 505—511.

14. Enikeev F.U., Kruglov A.A. An analysis of the superplastic forming of a thin circular diaphragm // Int. J. Mech. Sci. 1995. Vol. 37. P. 473—483.

15. Kitaeva D.A., Rudaev Ya.I. On the threshold stress in superplasticity // Russ. J. Appl. Phys. Tech. Phys. 2014. Vol. 59. No. 11. P. 1616—1619.

16. Жеребцов Ю.В., Ганиева В.Р., Еникеев Ф.У. Расчет продолжительности процесса свободной формовки листового проката в цилиндрическую матрицу в состоянии сверхпластичности // Технол. машиностроения. 2011. No. 8. С. 11—18.

17. Chen Y., Kibble K., Hall R., Huang X. Numerical analysis of superplastic blow forming of Ti—6Al—4V alloys // Mater. Design. 2001. Vol. 22. P. 679—685.

18. O’Brien M.J., Bremen H.F., Furukawa M., Horita Z., Langdon T.G. A finite element analysis of the superplastic forming of an aluminum alloy processed by ECAP // Mater. Sci. Eng. 2007. Vol. A456. P. 236—242.

19. Giuliano G., Franchitti S. On the evaluation of superplastic characteristics using the finite element method // Int. J. Machine Tools & Manufacture. 2007. Vol. 47. P. 471—476.

20. Hojjati M.H., Zoorabadi M., Hosseinipour S.J. Optimization of superplastic hydroforming process of Aluminium alloy 5083 // J. Mater. Process. Technol. 2008. Vol. 205. P. 482—488.

21. Enikeev F.U. Mathematical modeling of processes of pressure treatment of industrial titanium alloys of the superplasticity state // Russ. J. Non-Ferr. Met. 2008. Vol. 49. No. 1. P. 34—41.

22. Perzyna P. Fundamental problems in viscoplasticity // Adv. Appl. Mech. 1966. No. 9. P. 243—377.

23. Bonet J., Gil A., Wood R.D., Said R., Curtis R.V. Simulating superplastic forming // Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 2006. Vol. 195. Р. 6580—6603.

24. Akhunova A.H., Dmitriev S.V., Kruglov A.A., Safiullin R.V. Constitutive relations for superplastic flow modeling from two axial loading experiments // Key Eng. Mater. 2010. Vol. 433. P. 319—323.

25. Ganieva V.R., Lyubimov A.S., Kutlueva A.I., Enikeev F.U. Unbiased estimates of the parameter rate sensitivity of superplastic materials // Russ. J. Non-Ferr. Met. 2012. No. 3. P. 250—254.