Παρακαλώ χρησιμοποιήστε αυτό το αναγνωριστικό για να παραπέμψετε ή να δημιουργήσετε σύνδεσμο προς αυτό το τεκμήριο:
http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/42696
Title: | Моделювання станини токарного верстата з використанням методу топологічної оптимізації |
Other Titles: | Modeling of a lathe bed using the method of topological optimization |
Authors: | Гагалюк, Андрій Валерійович Крупа, Володимир Васильович Hahalyuk, A. Krupa, V. |
Affiliation: | Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, Україна Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine |
Bibliographic description (Ukraine): | Гагалюк А. Моделювання станини токарного верстата з використанням методу топологічної оптимізації / А. Гагалюк, В. Крупа // Вісник ТНТУ. — Т. : ТНТУ, 2023. — Том 111. — № 3. — С. 67–75. |
Bibliographic description (International): | Hahalyuk A., Krupa V. (2023) Modeliuvannia stanyny tokarnoho verstata z vykorystanniam metodu topolohichnoi optymizatsii [Modeling of a lathe bed using the method of topological optimization]. Scientific Journal of TNTU (Tern.), vol. 111, no 3, pp. 67-75 [in Ukrainian]. |
Is part of: | Вісник Тернопільського національного технічного університету, 3 (111), 2023 Scientific Journal of the Ternopil National Technical University, 3 (111), 2023 |
Journal/Collection: | Вісник Тернопільського національного технічного університету |
Issue: | 3 |
Volume: | 111 |
Issue Date: | 5-Σεπ-2023 |
Submitted date: | 13-Ιου-2023 |
Date of entry: | 26-Οκτ-2023 |
Publisher: | ТНТУ TNTU |
Place of the edition/event: | Тернопіль Ternopil |
DOI: | https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2023.03.067 |
UDC: | 621.9 00 |
Keywords: | топологічна оптимізація моделювання верстат 3D модель токарні верстати ефективність використання металу сталий розвиток topological optimization modelling lathe-bed 3D model turning machines efficiency of metal use sustainable development |
Number of pages: | 9 |
Page range: | 67-75 |
Start page: | 67 |
End page: | 75 |
Abstract: | На основі креслень типової конструкції станини токарного верстата мод.16К20
виконано її 3Д модель. Проведено дослідження із використанням силових факторів. За допомогою модуля
генератор форм від Autodesk отримано концептуально нову полегшену конструкцію станини із
урахуванням силових факторів. Метод дослідження являє собою топологічну оптимізацію досліджуваної
моделі, котра дозволяє отримати нову концептуальну модель станини з прийнятною жорсткістю та
значною економією матеріалу. Проведено огляд матеріалів для виготовлення станин і дано їх оцінку.
Стосовно використання матеріалу для виготовлення станини, то чавун, з точки зору «механічні
характеристики – ціна – вага» залишається найоптимальнішим матеріалом. Ми бачимо його переваги у
балансі характеристик. Дані моделювання дозволяють побачити внутрішні напруження конструкції,
прогин деталі, переміщення від прикладених силових факторів. Наведені зображення 3Д моделі наочно це
демонструють. Недоліком генератора форм є неможливість досліджувати 3Д модель із кількох
матеріалів, тому дослідження проводилися для гомогенної моделі. Безперечною перевагою генератора
форм, який працює на основі методу скінченних елементів, є те, що він наочно показує ділянки
конструкції, котрі є баластом і не сприймають жодного навантаження. Це дозволяє інженерудосліднику оптимізувати конструкцію з урахуванням рекомендацій генератора форм, накопичених знань
та досвіду. Таким чином, ми отримали нову концептуальну модель станини для подальших теоретичних
експериментів. Також проведено аналітичний розрахунок конструкції станини з використанням
наведеної методики. Отримано величини прогину станини та її вплив на прогин деталі. Для розширення
дослідження розрахунки проведено для деталей різних довжин, а саме 1000 мм і 1400 мм. Це дослідження
не відображає динамічного стану механічної обробки деталей у динаміці, проте дозволяє оцінити слабкі
сторони конструкції й визначити тенденції щодо підсилення чи полегшення окремих ділянок. Зокрема,
використання топологічної оптимізації дозволяє оцінити можливу економію матеріалу, що актуальтно
в умовах декарбонізації виробництва й тенденцій щодо сталого розвитку. Based on the drawings of a typical construction of the bed of the 16K20 lathe, its 3D model was made. Its study was carried out using force factors. A conceptually new lightweight design of the bed was obtained by means of the Autodesk shape generator module, taking into account the power factors. The research method is a topological optimization of the model under study, which allows obtaining a new conceptual model of the lathe bed with acceptable stiffness and significant material savings. Materials for the manufacture of beds were studied and evaluated. As for the use of materials for the manufacture of the lathe bed, cast iron remains the most optimal material in terms of «mechanical characteristics – price – weight». We see its advantages in the balance of characteristics. The modeling data allows to see the internal stresses of the structure, deflection of the part, and displacement due to the applied force factors. The images of the 3D model demonstrate this clearly. The disadvantage of the shape generator is the inability to study a 3D model made of several materials, so the research was conducted for a homogeneous model. The undoubted advantage of a shape generator based on the finite element method is that it clearly shows the areas of the structure that are ballast and do not perceive any load. This allows the research engineer to optimize the design, taking into account the recommendations of the shape generator, accumulated knowledge and experience. Thus, we obtained a new conceptual model of the lathe bed for further theoretical experiments. The analytical calculation of the bed structure was also carried out using the above methodology. The values of lathe bed deflection and its influence on the deflection of the part were obtained. To expand the study, calculations were performed for parts of different lengths, namely 1000 mm and 1400 mm. This paper does not reflect the dynamic state of machining of parts in dynamics, but it allows to assess the weaknesses of the structure and identify trends in strengthening or lightening of individual areas. In particular, the use of topological optimization enables the estimation of possible material savings, which is relevant in the context of decarbonization of production and trends in sustainable development. |
URI: | http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/42696 |
ISSN: | 2522-4433 |
Copyright owner: | © Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2023 |
URL for reference material: | https://doi.org/10.1088/1757-899X/408/1/012035 https://www.autodesk.com/customer-stories/airbus https://www https://www.additivemanufacturing https://www.3ders.org/articles/20150321-next-eurostare3000-satellite-to-feature-airbus-3d-printed-aluminum-parts.html https://www.additivemanufacturing.media/articles/why-gms-electric-future-is-also-an-additive-future |
References (Ukraine): | 1. Гагалюк А. В., Духнич Ю. П.,. Дерлиця К. А Дослідження навантажувальної здатності несучої системи токарного верстата аналітичним методом: зб. тез доп. VIII Міжнар. наук.-техн. конф., м. Тернопіль, 27–28 лист. 2019 р. Тернопіль, 2019. Том 1. С. 59–60. 2. Струтинський В. Б., Чуприна В. М., Юрчишин О. Я. Підвищення точності металорізальних верстатів на основі чисельних розрахунків еліпсоїдів жорсткості. Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Технології в машинобудуванні. НТУ «ХПІ». 2015. № 40 (1149). С. 78–84. 3. Струтинський Б. В., Юрчишин О. Я., Чуприна В. М. Побудова динамічної тензорно-геометричної моделі просторової жорсткості металорізального верстату за основними підсистемами. Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Технології в машинобудуванні. НТУ «ХПІ». 2016. № 5 (1177). С. 55–60. 4. Дащенко О. Ф., Ковальов В. Д., Лимаренко О. М. Розрахунок напружено-деформованого станустанини гідропреса. Праці Одеського політехнічного університету. 2012. Вип. 2 (39). С. 35–43. 5. Ковалев В. Д., Антоненко Я. С. Исследование жесткости станин тяжелых токарных станин. Вісник СевНТУ. Сер.: Машиноприладобудування та транспорт. 2013. Вип. 139. С. 105–110. 6. Ковальов В. Д., Антоненко Я. С., Виганяйло Б. Ю. Натурні випробування крутної жорсткості станин важких токарних верстатів. Вісник Нац. техн. ун-ту «ХПІ»: зб. наук. пр. Сер.: Технології в машинобудуванні. Bulletin of the National Technical University «KhPI»: coll. works. Ser.: Techniques in a machine industry. НТУ «ХПІ». 2017. № 26 (1248). С. 94–98. 7. Li, Haibing & Lachmayer, Roland. (2018). Generative Design Approach for Modeling Creative Designs. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 408. 012035. 10.1088/1757-899X/408/1/012035. https://doi.org/10.1088/1757-899X/408/1/012035 8. Шанайда В. В. Пакет MathCAD в інженерних розрахунках. Тернопіль: Видавництво ТДТУ, 2001.163 с. 9. Reimagining the future of air travel. URL: https://www.autodesk.com/customer-stories/airbus. 10. Next Eurostar E3000 satellite to feature Airbus 3D printed aluminum parts. URL: https://www. 3ders.org/articles/20150321-next-eurostare3000-satellite-to-feature-airbus-3d-printed-aluminum-parts.html 11. Why GM’s Electric Future Is Also an Additive Future. URL: https://www.additivemanufacturing. media/articles/why-gms-electric-future-is-also-an-additive-future. |
References (International): | 1. Hahaliuk A. V., Dukhnych Yu. P., Derlytsia K. A. Doslidzhennia navantazhuvalnoi zdatnosti nesuchoisystemy tokarnoho verstata analitychnym metodom. Zbirnyk tez dopovidei VIII Mizhnarodnoi naukovotekhnichnoi konferentsii molodykh uchenykh ta studentiv “Aktualni zadachi suchasnykh tekhnolohii”, 27–28 lystopada 2019 roku. T.: TNTU, 2019. Vol. 1. P. 59–60. [In Ukrainian]. 2. Strutynskyi V. B., Chupryna V. M., Yurchyshyn O. Ia. Pidvyshchennia tochnosti metalorizalnykh verstativ na osnovi chyselnykh rozrakhunkiv elipsoidiv zhorstkosti. Visnyk NTU “KhPI”. Seriia: Tekhnolohii v mashynobuduvanni. Kh.: NTU “KhPI”, 2015. No. 40 (1149). P. 78–84. [In Ukrainian]. 3. Strutynskyi B. V., Yurchyshyn O. Ia., Chupryna V. M. Pobudova dynamichnoi tenzorno-heometrychnoi modeli prostorovoi zhorstkosti metalorizalnoho verstatu za osnovnymy pidsystemamy. Visnyk NTU “KhPI”. Seriia: Tekhnolohii v mashynobuduvanni. Kh.: NTU “KhPI”, 2016. No. 5 (1177). P. 55–60. [In Ukrainian]. 4. Dashchenko O. F., Kovalov V. D., Lymarenko O. M.. Rozrakhunok napruzheno-deformovanoho stanu stanyny hidropresa // Pratsi Odeskoho politekhnichnoho universytetu. 2012. Vyp. 2 (39). P. 35–43. [In Ukrainian]. 5. Kovalev V. D., Antonenko Ya. S. Yssledovanye zhestkosty stanyn tiazhelykh tokarnykh stanyn. Visnyk SevNTU. Ser.: Mashynopryladobuduvannia ta transport. 2013. Vyp. 139. P. 105–110. [In Russian]. 6. Kovalov V. D., Antonenko Ya. S., Vyhaniailo B. Iu. Naturni vyprobuvannia krutnoi zhorstkosti stanyn vazhkykh tokarnykh verstativ. Visnyk Nats. tekhn. un-tu ”KhPI”: zb. nauk. pr. Ser.: Tekhnolohii v mashynobuduvanni. Bulletin of the National Technical University “KhPI”: coll. works. Ser.: Techniques in a machine industry. Kharkiv: NTU “KhPI”. 2017. No. 26 (1248). P. 94–98. [In Ukrainian]. 7. Li, Haibing & Lachmayer, Roland. (2018). Generative Design Approach for Modeling Creative Designs. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 408. 012035. 10.1088/1757-899X/408/1/012035. https://doi.org/10.1088/1757-899X/408/1/012035 8. Shanaida V. V. Paket MathCAD v inzhenernykh rozrakhunkakh. Ternopil: Vydavnytstvo TDTU, 2001.163 p. [In Ukrainian]. REIMAGINING THE FUTURE OF AIR TRAVEL. URL: https://www.autodesk.com/customer-stories/airbus 9. Reimagining the future of air travel. URL: https://www.autodesk.com/customer-stories/airbus. 10. Next Eurostar E3000 satellite to feature Airbus 3D printed aluminum parts. URL: https://www.3ders.org/articles/20150321-next-eurostare3000-satellite-to-feature-airbus-3d-printed-aluminum-parts.html. 11. Why GM’s Electric Future Is Also an Additive Future. URL: https://www.additivemanufacturing.media/articles/why-gms-electric-future-is-also-an-additive-future |
Content type: | Article |
Εμφανίζεται στις συλλογές: | Вісник ТНТУ, 2023, № 3 (111) |
Αρχεία σε αυτό το τεκμήριο:
Αρχείο | Περιγραφή | Μέγεθος | Μορφότυπος | |
---|---|---|---|---|
TNTUSJ_2023v111n3_Hahalyuk_A-Modeling_of_a_lathe_bed_67-75.pdf | 4,2 MB | Adobe PDF | Δείτε/ Ανοίξτε | |
TNTUSJ_2023v111n3_Hahalyuk_A-Modeling_of_a_lathe_bed_67-75.djvu | 589,15 kB | DjVu | Δείτε/ Ανοίξτε | |
TNTUSJ_2023v111n3_Hahalyuk_A-Modeling_of_a_lathe_bed_67-75__COVER.png | 1,38 MB | image/png | Δείτε/ Ανοίξτε |
Όλα τα τεκμήρια του δικτυακού τόπου προστατεύονται από πνευματικά δικαιώματα