Ви є тут

Розробка розрахунково-експериментального підходу для аналізу теплових деформацій при точінні з використанням різних методів охолодження

Автор: 
Сукайло Віктор Олександрович
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2005
Артикул:
0405U005058
129 грн
Додати в кошик

Вміст

ГЛАВА 2. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ПОДХОД К АНАЛИЗУ И ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ТЕПЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ ТОЧЕНИИ

Как было показано в первой главе, для уточненного определения тепловых режимов деталей при точении наиболее подходящим способом является моделирование с привлечением экспериментальной информации об исследуемом процессе для обеспечения адекватности выбранной математической модели. Такой способ описан в многочисленной литературе [1-5,16,18-22,28,30,38,54,55] и в [21,22] назван расчетно-экспериментальным подходом к прогнозированию тепловых деформаций при точении.
В данной главе представлены методические основы и детальное описание всех составляющих расчетно-экспериментального подхода, который в дальнейшем используется для решения поставленной в диссертации задачи.

2.1. Суть и схема расчетно-экспериментального подхода

В соответствии с [21,22] расчетно-экспериментальный подход является способом анализа, оптимизации и прогнозирования исследуемых процессов тепломассообмена на основе компьютерной (расчетной) модели, адекватность которой обеспечивается путем параметрической или структурной идентификации с помощью экспериментальной информации об исследуемом процессе и решении обратных задач.
Расчетно-экспериментальный подход занимает свое определенное место среди подходов (основных методов) исследования (анализа) физических процессов (см. рис. 2.1). Основой подхода является математическая (расчетная, компьютерная) модель исследуемого физического процесса, а эксперимент (экспериментальные данные) является вспомогательной составляющей, необходимой для обеспечения адекватности выбранной модели процесса.

Рис. 2.1 Подходы (основные методы), используемые для анализа физических
процессов.

Таким образом, в соответствии с данным выше определением, основными составляющими расчетно-экспериментального подхода (рис 2.2, 2.3) являются:
1. Расчетная модель физического процесса.
2. Экспериментальные данные, необходимые для обеспечения адекватности модели процесса.
3. Методы идентификации параметров выбранной модели процесса с целью обеспечения ее адекватности.
4. Полученная адекватная модель далее используется для решения поставленных задач анализа, оптимизации или прогнозирования исследуемого физического процесса

Рис. 2.2 Общая схема расчетно-экспериментального подхода

Наряду с чисто экспериментальным и расчетным подходами (рис.2.1), суть которых понятна, следует для методического сопоставления дать определение экспериментально - расчетному подходу.
Экспериментально - расчетный подход это способ исследования процессов тепломассообмена на основе экспериментальной информации об исследуемом процессе, а также моделей и расчетных методик, описывающих этот процесс, для упрощения (удешевления) экспериментальных работ и повышения информативности их результатов
Таким образом, в соответствии с данным выше определением, основными составляющими экспериментально - расчетного подхода являются:
1. Физический объект и процесс, который исследуется путем прямых измерений величин.
2. Расчетные методики и модели исследуемого процесса, используемые для интерпретации прямых измерений величин, упрощения (удешевления) экспериментальных работ и повышения информативности их результатов.

Более детально расчетно-экспериментального подхода состоит из следующих составляющих (рис.2.3). Исследуемый объект и математическая

Рис. 2.3. Детальная схема расчетно-экспериментального подхода
модель, описывающая основные физические процессы, происходящие в объекте, позволяют получать соответственно экспериментальную характеристику (ТЭ) и рассчитывать модельную характеристику (ТМ). В свою очередь эти характеристики зависят от ряда входных параметров Р физического или технологического характера.

В нашем случае к таким параметрам Р относятся: тепловыделение в зоне резания и коэффициенты теплообмена с охлаждающими средами. Параметры Р как правило неизвестны и их определение возможно с помощью решения обратных задач по данным экспериментальных измерений ТЭ. Решение обратных задач сводится к поиску таких значений Р, для которых расчетные (ТМ) и экспериментальные (ТЭ) значения некоторых характеристик (в нашем случае тепловых) становятся близкими друг к другу [1-5,16,18-22,28,38].
Критерием близости этих характеристик наиболее часто является величина
, (3.1)

где m - число экспериментальных измерений, используемых для решения обратной задачи; ? - среднеквадратическая ошибка измерения.
Полученные решением обратных задач параметры Р исследуемого процесса используются на основе той-же модели для решения основных инженерных задач анализа, оптимизации параметров или прогноза (рис. 2.2, 2.3). Решение же обратных задач является вспомогательной процедурой, призванной обеспечить адекватность выбранной модели рассматриваемым физическим процессам.
Использование такого подхода, является наиболее правильным и действенным для достоверного анализа сложных практических задач, в том числе задач обработки деталей резанием.
Таким образом схема расчетно-экспериментального подхода состоит из следующих этапов:
1. Выбор физической и математической моделей теплового состояния детали.
2. Проведение эксперимента, сводящегося к измерениям термических или калориметрических величин в детали после ее взаимодействия с источником тепла от резца, окружающим воздухом или другой средой, а также взаимодействия с системой локального охлаждения.
3. Идентификация по данным эксперимента выбранных параметров модели на основе решения обратных задач.
4. Использование модели для детального анализа и прогноза теплового состояния и тепловых деформаций деталей при точении, а также выбора оптимальных параметров технологического процесса, снижающих нежелательные деформации.

Рассмотренный выше подход можно определить как совокупность методологии, моделей, оборудования, методов