Омск
2007
Министерство образования и науки Российской Федерации
ГОУ ВПО Омский государственный технический университет
Система расчёта процессов обработки металлов давлением
И.С. Лексутов А.А. Александров
Функциональное назначение программы
Система предназначена для расчёта энерго-силовых параметров и формоизменения заготовки в процессах обработки металлов давлением металлов. В качестве вычислительного средства использован метод верхней оценки.
Применяется для расчёта силы, потребной для деформирования металла, конечной формы заготовки после обработки, формы и границ очага деформации, построения годографов скоростей движения деформируемого металла.
Описание программы
При создании системы применена технология объектно-ориентированного программирования (среда Delphi 5.0). Программа выполнена в виде подключаемой библиотеки системы автоматизированного проектирования Компас 5, с использованием подсистемы Компас-график, подпрограммы которой применяются для вывода графической информации, сообщений, и математических вычислений.
Рис. 1 Работа программы в комплексе с САПР Компас
Для расчёта процесса деформации необходима построение изображения схемы процесса при помощи средств САПР Компас-График. Такая схема строится по заданным размерам формообразующего инструмента и заготовки с использованием привязок. При этом она составляется из набора блоков. Блоки разного типа отображаются на схеме различными цветами. Дополнительные данные (коэффициенты, скорости инструментов и др.) вводятся при помощи средств системы.
Далее система автоматически производит расчёт. Для получения оптимизированных решений система имеет возможность: находить геометрические варьируемые параметры по схеме процесса, предлагать редактируемый пользователем список этих параметров и производить оптимизацию формы блоков.
После проведения оптимизации, построенная схема модифицируется (изменяется форма блоков). Для оценки полученных результатов используется измерительные средства САПР Компас, а также средства вывода разработанной программы.
Описание работы программы
Программа предназначена для расчётов процессов обработки металлов давлением с использованием метода верхней оценки. Она позволяет вычислять верхнюю границу величины деформирующей силы процесса формоизменения по составляющим полной мощности и строить годографы скоростей, выводить значения составляющих мощности и скоростей по границам блоков. Программа может быть использована при обучении студентов, изучающих метод верхней оценки.
Для успешного использования программы необходимо знание основ метода верхней оценки и умение работы с Компас - График.
Согласно методу верхней оценки, сплошное тело заготовки разбивается на блоки, движущиеся с постоянной скоростью относительно друг друга. Строится годограф скоростей, по которому определяются величины разрывов скоростей на границах блоков. Произведение величин скорости на границе между блоками и длины этой границы соответствует величине составляющей полной мощности энерговыделения на данной границе. Сумма всех составляющих даёт верхнее значение силы деформации.
Поля скоростей в данной программе составляются из треугольных блоков, но также можно использовать многоугольные блоки, если они относятся к области недеформируемого металла.
Инструмент может быть как подвижным, так и неподвижным. Инструменты также представляются в виде недеформируемых жёстких блоков с заданными скоростями.
Ввод блоков
Любой блок состоит из множества вершин. Для ввода любого типа блока, будь то жёсткий блок тела заготовки или контуры инструмента, необходимо указать координаты его вершин в соответствии с установленными правилами. Составление схемы разбиения сводится, таким образом, к указанию множества координат вершин блоков.
Правила ввода блоков:
Для ввода блока достаточно указать координаты всех вершин, его образующих. Последовательность ввода диктуется получением замкнутого контура блока последовательным обходом его вершин.
Блоки, граница которых общая, должны иметь одни и те же координаты соответствующих вершин. При вводе координат с помощью мыши идентичность координат достигается специальной привязкой САПР Компас "ближайшая точка".
Ввод блока производится в следующем порядке: сначала выбирается тип блока, затем вводятся координаты его вершин.
Пример составления схемы расчёта
Омск
2007
Рис. 2 Общий вид схемы разбиения в системе Компас
Получение решения
Решение производится автоматически по завершении ввода блоков для новой схемы, редактирования имеющейся, загрузки схемы из файла.
Минимизация усилия по методу верхней оценки
При использовании данной программы используется итерационный подход, не требующий составления и записи расчётных формул. Требуется лишь правильно определить вершины на схеме разбиения, от координат которых зависит мощность деформации. Варьируемым, в данной программе является объект - общая вершина нескольких соседних недеформируемых блоков, от положения которой зависит величина мощности. Данный подход не налагает никаких ограничений на количество варьируемых параметров, их число ограничено лишь возможностями компьютера.
В данной программе применены варьируемые объекты двух типов:
1) Узел схемы разбиения, варьируемый по всей плоскости чертежа;
2) Узел, варьируемый вдоль прямой линии.
Главное меню программы
Главное меню библиотеки выполняет функцию связи между разработанной программой и САПР Компас. Главное меню должно отображаться при подключении библиотеки к САПР. При выборе пользователем команды меню, САПР Компас переходит к выполнению той части кода, который помечен идентификатором, соответствующим идентификатору команды меню. С дальнейшим развитием программы состав меню может меняться или дополняться новыми командами.
В файле ресурсов, который компилируется в библиотеку, описываются команды главного меню библиотеки и их уникальные идентификаторы. Примерный вид главного меню библиотеки, работающей в системе Компас приведён на рис. 3.
Рис. 3 Главное меню библиотеки
Программные модули
В программе используются следующие разработанные модули:
1) Графический модуль. Предназначен для отображения годографа и различной информации (усилий, значений углов между скоростями, формоизменения и др.)
2) Модуль описания объектов - содержит в себе описания главного объекта программы и других объектов.
3) Модуль диалога ввода блоков - предназначен для организации выбора типа блока при его создании.
4) Модуль диалога редактирования - предназначен для диалогового окна редактирования схемы разбиения.
5) Модуль диалога установок программы - предназначен для изменения настроек программы, коэффициентов, редактирования скоростей движения инструмента.
6) Модуль диалога ввода варьируемых объектов - предназначен для указания типа и координат варьируемого объекта.
7) Модуль настройки оптимизации - предназначен для настройки цикла оптимизации программы.
8) Модуль готовых проектов - содержит окно для выбора готовых проектов процессов.
9) Модуль помощи - предназначен для обеспечения пользователя удобной системой гипертекстовой помощи.
Основные окна программы
Окно готовых проектов
Для упрощения обучению работы с программой создано специальное окно выбора готовых проектов. Это окно может быть исключено из библиотеки в зависимости от версии программы. При его помощи пользователь выбирает нужную схему, открывает файл схемы разбиения. При необходимости пользователь может отредактировать схему разбиения, и запустить расчёт. Вид окна готовых проектов представлен на рис. 4. В нём можно выбрать более тридцати готовых схем.
Рис. 4 Готовые проекты процессов
Диалог создания блоков
Если пользователя не удовлетворяют предложенные схемы, тогда он создаёт схему разбиения на жёсткие блоки - самостоятельно. Для этого он вызывает диалог создания блоков, представленный на рис. 5.
Рис. 5 Окно диалога создания блока
При помощи этого диалога пользователь может создать блоки всех типов, а также создать в схеме разбиения особый блок - утяжину, для оценки вероятности появления такого дефекта в процессе прессования. Здесь же, при помощи кнопки «Откат», пользователь может удалить ошибочно введённый блок, и продолжать ввод блоков без выбора типа (тип блока определяется аналогичным последнему выбранному типу).
Окно редактора блоков
Для выборочного удаления блоков из схемы предназначено окно диалога редактирования блоков. При помощи диалога можно удалить последний и первый созданный пользователем блок, а также блок, указанный мышью. Диалоговое окно показано на рис. 6.
Рис. 6 Диалоговое окно редактирования блоков
Диалоговое окно настройки решения
В этом окне пользователь может установить значения коэффициентов трения, напряжения сдвига материала заготовки, скоростей и направлений движения деформирующего инструмента, ширины заготовки. Вид окна может отличаться от показанного на рис. 7.
Рис. 7 Окно установок решения
Диалоговое окно ввода варьируемых объектов
В окне, показанном на рис. 8 пользователь может ввести в систему неограниченное число варьируемых параметров, называемых здесь "Варьируемыми объектами". Некоторые объекты могут изменяться независимо как по оси Х, так и по Y. А другие могут варьироваться только вдоль заданной прямой линии. При использовании команды автоматического определения варьируемых параметров автоматически составляется список варьируемых параметров для последующей минимизации.
Рис. 8 Диалоговое окно ввода варьируемых параметров
Диалоговое окно установок оптимизации
При помощи окна показанного на рис. 9 устанавливаются параметры для последующей минимизации по методу верхней оценки.
Рис. 9 Окно настройки процесса оптимизации
Окно графического модуля
Графический модуль системы предназначен для отображения векторной диаграммы - годографа скоростей блоков. Вместе с которым выводятся численные значения скоростей по модулю.
а) б)
Рис 11 Окно графического модуля, а- режим рисования годографа скоростей, б - режим отображения вкладов мощности деформирования в теле заготовки
Графическое окно позволяет настраивать уровень прозрачности. На рис. 12 показан режим полупрозрачного отображения окна графического модуля, позволяющий сравнить рассчитанные программой данные с введённой схемой.
Рис 12 Окно графического модуля в полупрозрачном режиме
Файлы, необходимые для работы программы
Программа сохраняет и читает схему разбиения из текстового файла, имеющего определённую структуру. Ниже приведён полный пример содержания такого файла.
обработка металл давление программа
Bl={ty=(Soft),na=(),nu=(0),kt=(0),op=(yes),vb=(1,17152459636845;-0,40516085126109),so=(2,1,4),bo=([51,9057542473898;34,9037428217093;66,6822322328795;-8,79462381461726E-16],[66,6822322328795;-8,79462381461726E-16;95;20],[95;20;51,9057542473898;34,9037428217093])};
Bl={ty=(Hard),na=(),nu=(1),kt=(0),op=(yes),vb=(1,74518714108547;0),so=(5,-1,-1,0),bo=([66,6822322328795;-8,79462381461726E-16;103,527067804374;0],[103,527067804374;0;103,527067804374;20],[103,527067804374;20;95;20],[95;20;66,6822322328795;-8,79462381461726E-16])};
Bl={ty=(Hard),na=(),nu=(2),kt=(0),op=(yes),vb=(1;-1,22514845490862E-16),so=(5,3,4,0),bo=([66,6822322328795;-8,79462381461726E-16;26,2260709194748;0],[26,2260709194748;0;26,2260709194748;34,9037428217093],[26,2260709194748;34,9037428217093;51,9057542473898;34,9037428217093],[51,9057542473898;34,9037428217093;66,6822322328795;-8,79462381461726E-16])};
Bl={ty=(Puan),na=(Пуансон_3),nu=(3),kt=(0),op=(yes),vb=(1;0),so=(4,-1,-1,-1,5,2),bo=([26,2260709194748;34,9037428217093;17,1455321287788;34,9037428217093],[17,1455321287788;34,9037428217093;17,1455321287788;27,4530443267792],[17,1455321287788;27,4530443267792;0;27,4530443267792],[0;27,4530443267792;0;0],[0;0;26,2260709194748;0],[26,2260709194748;0;26,2260709194748;34,9037428217093])};
Bl={ty=(Matr),na=(),nu=(4),kt=(0),op=(yes),vb=(0;0),so=(0,2,3,-1,-1,-1,-1),bo=([95;20;51,9057542473898;34,9037428217093],[51,9057542473898;34,9037428217093;26,2260709194748;34,9037428217093],[26,2260709194748;34,9037428217093;17,1455321287788;34,9037428217093],[17,1455321287788;34,9037428217093;0;35],[0;35;0;60],[0;60;95;60],[95;60;95;20])};
Bl={ty=(Ossi),na=(),nu=(5),kt=(0),op=(yes),vb=(0;0),so=(1,2,3,-1),bo=([103,527067804374;0;66,6822322328795;-8,79462381461726E-16],[66,6822322328795;-8,79462381461726E-16;26,2260709194748;0],[26,2260709194748;0;0;0],[0;0;103,527067804374;0])};
Структура схемы разбиения задаётся при помощи идентификаторов, имеющих несколько основных уровней:
1) Уровень блоков. Описание каждого блока в файле начинается с отдельной строки и задаётся конструкцией: Bl={}; Где в фигурных скобках перечисляются его свойства.
2) Уровень свойств блоков. Свойства блока перечислены через запятую. По схеме: идентификатор = (значение). (Пример: ty=(Matr) - тип блока, может принимать несколько значений)