Изготовление патрубка с жалюзи системы кондиционирования воздуха ЛА методом раздачи давлением импульсного магнитного поля

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Ахмед Солиман М. Э.*, Курлаев Н. В.**, Шайдуров С. В.***

Новосибирский государственный технический университет, проспект К. Маркса, 20, Новосибирск, 630073, Россия

*e-mail: axmed_soliman@corp.nstu.ru
**e-mail: kurlaev@corp.nstu.ru
***e-mail: shajdurov@corp.nstu.ru

Аннотация

Раздача труб импульсным магнитным полем – это метод, который представляет собой твердотельное формование трубчатых деталей. В настоящем исследовании трубчатая деталь летательного аппарата (ЛА) –  алюминиевый патрубок с жалюзи – изготавливается методом раздачи магнитно-импульсным давлением, равномерной по периметру трубы. В качестве материала для заготовки использовался алюминиевый сплав Д16Т. Было осуществлено численное моделирование для определения параметров раздачи без разрушений детали, а затем были проведены эксперименты с такими же параметрами. Результаты, полученные в процессе моделирования, показали, что для успешной раздачи необходимо поддерживать требуемое значение давления электромагнитного поля и зазора между формирующей катушкой и основной трубой. Электрическое напряжение, полученное при моделировании, и первый пик напряжения на катушке, измеренный в эксперименте, сравнивались. Было решено использовать комбинацию аналитического и вычислительного подходов для вычисления электрического напряжения, необходимого для раздачи трубы. Разработана упрощенная аналитическая структура для оценки эквивалентных напряжений, в алюминиевом сплаве Д16Т при приложенном давлении магнитного поля. Результаты, полученные с помощью высокоскоростного процесса с синхронизацией по току, подтверждаются мультифизическим моделированием раздачи патрубка.

Ключевые слова:

электромагнитная раздача трубы, конечно-элементный анализ, дифференциальные уравнения Максвелла, патрубок с жалюзи, трубчатые детали летательных аппаратов

Библиографический список

  1. Головащенко С.Ф., Овчинников А.Г., Шутов Р.Б. Методика проектного расчета многовитковых цилиндрических индукторов для электромагнитной штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. 1995. №10. С. 8–10.
  2. Ахмед Солиман М.Э., Курлаев Н.В. Воздействие магнитно-импульсного давления на формовку-вытяжку листового металла // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2023. № 2. С. 16–20.
  3. Psyk V., Risch D., Kinsey B.L. et al. Electromagnetic forming a review // Journal of Materials Processing Technology. 2011. Vol. 211. No. 5, pp. 787–829. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2010.12.012
  4. Журавлев С.В., Зечихин Б.С., Кузьмичев Р.В. Аналитический расчет магнитного поля в активной зоне синхронных машин с постоянными магнитами // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 1. С. 197–209.
  5. L’Eplattenier P., Ashcraft C., Ulaca I. An MPP version of the Electromagnetism module in LS-DYNA for 3D Coupled Mechanical-Thermal-Electromagnetic simulation // 4th International Conference on High Speed Forming (9–10 March 2010; Columbus, Ohio, USA), pp. 250–263. DOI: 10.17877/DE290R-8665
  6. Siddiqui M.A., Correia J.P.M., Ahzi S., Belouettar S. Electromagnetic forming process: estimation of magnetic pressure in tube expansion and numerical simulation // International Journal of Material Forming. 2009. Vol. 2, pp. 649–652. DOI: 10.1007/s12289-009-0431-y
  7. Durney C.H., Johnson C.C. Introduction to Modern Electromagnetics. – New York: McGraw-Hill, 1969. – 163 p.
  8. Cao Q., Du L., Li Z. et al. Investigation of the Lorentz-force-driven sheet metal stamping process for cylindrical cup forming // Journal of Materials Processing Technology. 2019. Vol. 271, pp. 532–541. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2019.03.002
  9. Глущенков В.А., Беляева И.А. Раздача труб импульсным магнитным полем. Результаты компьютерного моделирования // Известия Самарского научного центра РАН. 2015. Т. 17 № 6 (3). С. 657–665.
  10. Ахмед Солиман М.Э. Исследование деформирования листовых алюминиевых сплавов при формообразовании деталей летательных аппаратов давлением импульсного магнитного поля: Дисс. ... канд. техн. наук. – Новосибирск, 2022. – 239 с.
  11. Cao Q., Li L., Lai Z. et al. Dynamic analysis of electromagnetic sheet metal forming process using finite element method // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014. Vol. 74, pp. 361–368. DOI: 10.1007/s00170-014-5939-8
  12. Журавлев С.В., Зечихин Б.С., Иванов Н.С., Некрасова Ю.Ю. Аналитическая методика расчета магнитного поля в активной зоне электрических машин со сверхпроводящими обмотками возбуждения и якоря // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 4. С. 189–201.
  13. Сухачев К.И., Дорофеев А.С. Разработка и исследование магнитоиндукционных систем ускорения микрометеоритов и техногенных космических частиц // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 3. С. 134–142.
  14. Бузюркин А.Е., Гладкий И.Л. Краус Е.И. Определение параметров модели Джонсона–Кука для описания процессов деформирования и разрушения титановых сплавов // Прикладная механика и техническая физика. 2015. Т. 56. № 2(330). С. 188–195. DOI: 10.15372/PMTF20150219
  15. Сметанников О.Ю., Жила В.В. Адаптация модели Джонсона–Кука для расчета промежуточной проковки наплавляемых изделий в ANSYS Mechanical APDL // Master’s Journal. 2023. № 2. Art. № 07.
  16. Abdelhafeez A., Nemat-Alla M., El-Sebaie M.G. Finite element analysis of electromagnetic bulging of sheet metals // International Journal of Scientific & Engineering Research. 2012. Vol. 3. No. 2, pp. 180–186.
  17. Correia J.P.M., Siddiqui M.A., Ahzi S. et al. A simple model to simulate electromagnetic sheet free building process // International Journal of Mechanical Sciences. 2008. Vol. 50. No. 10–11, pp. 1466–1475. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2008.08.008
  18. Holt D.L., Babcock S.G., Green S.J. and Maiden C.J. The strain-rate dependence of the flow stress in some aluminum alloys // Transactions of the ASM: transactions quarterly. 1967. Vol. 60, pp. 152–159.
  19. Oliveira D.A., Worswick M.J. Electromagnetic forming of aluminium alloy sheet // Journal de Physique IV. 2003. Vol. 110, pp. 293–298. DOI: 10.1051/jp4:20020709
  20. Oliveira D.A., Worswick M.J., Finn M., Newman D. Electromagnetic forming of aluminum alloy sheet: free-form and cavity fill experiments and model // Journal of Materials Processing Technology. 2005. Vol. 170, Nos. 1–2, pp. 350–362.
  21. Ахмед Солиман М.Э., Курлаев Н.В., Шайдуров С.В. Совершенствование технологии электромагнитного обжима патрубка с жалюзи системы воздухообмена летательных аппаратов путем численного моделирования // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 3. С. 96–105. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=182564
  22. Хаустов В.М. Устройство для деформирования трубчатой оболочки энергией импульсного магнитного поля // Механика процессов и машин: Межвуз. тем. сб. науч. трудов. Омск: ОмГТУ, 1997. С. 77–79.
  23. Manea T.E., Verweij M.D., Blok H. The importance of velocity term in the electromagnetic forming process // 27th General Assembly of the International Union of Radio Science (17–24 August 2002; Maastricht), pp. 112–115.
  24. Geier M., Paese E., Rossi R. et al. Experimental analysis of interference-fit joining of aluminum tubes by electromagnetic forming // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2020. Vol. 30. No. 4. DOI: 10.1109/TASC.2020.2972499
  25. Ouyang S., Li X., Li Ch. et al. Investigation of the electromagnetic attractive forming utilizing a dual-coil system for tube bulging // Journal of Manufacturing Processes. 2020. Vol. 49, pp. 102–115. DOI: 10.1016/j.jmapro.2019.11.006

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2025