Analiza metodą elementów skończonych plastometrycznej próby skręcania

Wszystkie stosowane obecnie metody wyznaczania przebiegów naprężenie uplastyczniające - odkształcenie z momentu skręcającego i liczby obrotów w próbie skręcania są obarczone bardzo dużymi błędami. Przeprowadzone w ramach niniejszej pracy badania wykazały, że bardzo duża niejednorodność odkształcenia i prędkości odkształcania w poprzecznym przekroju odkształcanej próbki powoduje, że nie ma możliwości znalezienia prostych zależności pozwalających poprawnie przeprowadzić takie przeliczania. Pewnym rozwiązaniem powyżej omawianego problemu może być zastosowanie metody obliczeń odwrotnych (Szeliga i Pietrzyk, 2002). Modelowanie rozkładu temperatury w próbie skręcania wykazało, że wyraźny wzrost temperatury następuje przy prędkościach odkształcania większych od 1 s-1. Przy mniejszych prędkościach odkształcania prędkość generowania ciepła jest dużo mniejsza i większość tego ciepła odprowadzana jest do uchwytów bądź do otoczenia próbki. Można przyjąć wówczas, że proces skręcania odbywa się w warunkach izotermicznych. Symulacja wykazała, że ciepło odprowadzane jest głównie do uchwytów, natomiast niewielka ilość ciepła odprowadzana jest do otoczenia poprzez konwekcję i promieniowanie. Odprowadzenie ciepła przez konwekcję i promieniowanie z warstw zewnętrznych, w których największa ilość ciepła jest generowana, przyczynia się do ujednorodnienia rozkładu temperatur w przekroju poprzecznym próbki. Stopy miedzi, dla których przeprowadzano modelowanie, posiadają duże współczynniki przewodności cieplnej. Powodowało to, że uzyskiwano dość równomierne rozkłady temperatury również na długości próbki Dokładna znajomość współczynników promieniowania, przewodzenia i konwekcji ciepła dla różnych warunków kształtowania plastycznego, z uwzględnieniem warunków przemysłowych, jest obecnie bardzo potrzebna do analizy stanu naprężenia, odkształcenia, struktury i właściwości materiałów po zakończonym procesie. Obecnie konieczne staje się uzupełnienie takich informacji.

---

Various conversion methods of torque and angle of rotation to flow stress and strain are presented in the paper. These methods were verified in mathematical modelling using the finite element method. Performed investigations show that the coefficient of strain rate is the most important parameter, which is not properly implemented in currently used methods. The paper presents the results of thermo-mechanical modelling of torsion test. It is concluded on the basis of the results that temperature of the sample rises very fast when strains rate is above 1 s-1. Determined temperature distribution in cross section and in longitudinal section indicates that heat is transferred mainly into handles.