Simulación de ANSYS del Comportamiento Termomecánico de un Mandril Compuesto de Gran Tamaño con Consideración de la Viscoelasticidad
Autores: Smetannikov, Oleg Yu; Sakhabutdinova, Lyaysan; Ilyinykh, Gleb
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Simulación de ANSYS del Comportamiento Termomecánico de un Mandril Compuesto de Gran Tamaño con Consideración de la Viscoelasticidad
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Manufactura
Viscoelasticidad
ANSYS Mechanical APDL
Núcleo de relajación
Analogía temperatura-tiempo
Comportamiento termomecánico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
El artículo aborda la modelización del proceso de fabricación de una concha de gran tamaño, dado el comportamiento termomecánico y la viscoelasticidad del mandril compuesto. Se presentan los resultados de la identificación experimental de los parámetros de viscoelasticidad del material examinado. Se propone un algoritmo numérico para adaptar los datos experimentales al paquete de análisis de elementos finitos ANSYS Mechanical APDL. Se utiliza una expansión en serie de Prony del núcleo de relajación como modelo para describir el comportamiento del material. Se tiene en cuenta el efecto de la temperatura sobre la tasa de los procesos de relajación a través de la aplicación de una analogía temperatura-tiempo según la fórmula de Williams-Landel-Ferry. El modelo seleccionado con los parámetros calculados fue implantado en el paquete comercial de ANSYS Mechanical APDL. Se realizó la simulación de dos etapas del proceso de fabricación de un producto de gran tamaño: el enrollado y el tratamiento térmico de la concha. Para este propósito, se resolvió el problema cuasistático de la mecánica y la conducción térmica no estacionaria bajo condiciones de transferencia de calor por convección mediante el método de elementos finitos. Se estimó cuantitativa y cualitativamente la influencia del comportamiento termomecánico del material del mandril sobre la presión normal que actúa en la superficie del mandril en función de la temperatura y los factores de fuerza. Se encontró que, con respecto al comportamiento no lineal del material compuesto, el nivel de presión disminuye en un 50% en comparación con el caso de utilizar modelos de comportamiento elástico. Este resultado justifica la importancia de utilizar modelos complejos de comportamiento del material en el estudio de procesos tecnológicos a largo plazo, especialmente aquellos asociados con efectos de alta temperatura.
Descripción
El artículo aborda la modelización del proceso de fabricación de una concha de gran tamaño, dado el comportamiento termomecánico y la viscoelasticidad del mandril compuesto. Se presentan los resultados de la identificación experimental de los parámetros de viscoelasticidad del material examinado. Se propone un algoritmo numérico para adaptar los datos experimentales al paquete de análisis de elementos finitos ANSYS Mechanical APDL. Se utiliza una expansión en serie de Prony del núcleo de relajación como modelo para describir el comportamiento del material. Se tiene en cuenta el efecto de la temperatura sobre la tasa de los procesos de relajación a través de la aplicación de una analogía temperatura-tiempo según la fórmula de Williams-Landel-Ferry. El modelo seleccionado con los parámetros calculados fue implantado en el paquete comercial de ANSYS Mechanical APDL. Se realizó la simulación de dos etapas del proceso de fabricación de un producto de gran tamaño: el enrollado y el tratamiento térmico de la concha. Para este propósito, se resolvió el problema cuasistático de la mecánica y la conducción térmica no estacionaria bajo condiciones de transferencia de calor por convección mediante el método de elementos finitos. Se estimó cuantitativa y cualitativamente la influencia del comportamiento termomecánico del material del mandril sobre la presión normal que actúa en la superficie del mandril en función de la temperatura y los factores de fuerza. Se encontró que, con respecto al comportamiento no lineal del material compuesto, el nivel de presión disminuye en un 50% en comparación con el caso de utilizar modelos de comportamiento elástico. Este resultado justifica la importancia de utilizar modelos complejos de comportamiento del material en el estudio de procesos tecnológicos a largo plazo, especialmente aquellos asociados con efectos de alta temperatura.