КОМП’ЮТЕРНЕ ТА ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ТЕРМОМЕХАНІЧНОГО СТАНУ БІМЕТАЛЕВИХ КОНСТРУКТИВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Анотація

У статті розглянуто математичне моделювання напружено-деформованого та пружно-пластичного стану двошарових біметалічних планок, які є важливими елементами конструкцій прокатного устаткування й експлуатуються у діапазоні підвищених температур. Актуальність дослідження обумовлена широким застосуванням біметалів у зонах інтенсивного тертя та динамічних навантажень, де необхідне забезпечення високої зносостійкості, термостабільності та економії дефіцитних матеріалів, а також точне прогнозування їхньої поведінки під дією складних фізико-механічних факторів та умов експлуатації.Запропоновано чисельну модель, яка враховує різні варіанти конструктивного защемлення планок (жорстке, часткове, вільне) та неоднорідний температурний розподіл по товщині, апроксимований степеневою функцією. Модель реалізує розбиття двошарової композиції на скінченну кількість елементарних об’ємів, для кожного з яких розраховуються температури, деформації та нормальні напруження з урахуванням лінійного теплового розширення та межі текучості матеріалів.Особливу увагу приділено реалізації ітераційних алгоритмів коригування довжини та кривизни планок залежно від граничних умов (нульова сила або момент). Використано системний аналіз, а також створено параметризовану 3D-модель у CAD-системі, що дає змогу комплексно оцінювати поведінку конструкції, проводити детальну візуалізацію результатів та оптимізувати її геометричні й матеріальні параметри.Графічні результати чисельного моделювання демонструють немонотонний характер розподілу фізико-механічних параметрів по товщині. Запропонована модель може бути ефективно використана для проєктування та оптимізації біметалевих елементів прокатного обладнання, а також для детального аналізу термомеханічних процесів у композитних та багатошарових матеріалах різного технічного призначення.