Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Elasto-plastic rolling contact using FEM

Wojciech Jacek Laskowski

Abstract

Thesis describes and analyses issue of the elasto-plastic rolling contact. First part includes theoretical description of this issue with usage of FEM analysis (chapter two). Next, two theoretical cases were calculated and analyzed (chapter three). The last part of this work features attempt to model process of five time rolling of the metal plate (chapter four). ANSYS Mechanical APDL as used to both modeling and numerical calculations. In theoretical part described where classical elastic contact according to Hertz theory, theoretical basics related to deformation in plastic area and FEM analysis. Additionally, shortly described are contact and plasticity in FEM analysis. Next, first testing example was calculated – interference if an elastic penetrator into an elastic half-space. Numerically received results revealed to be very accurate in comparison to analytical calculations, basing on Hertz theory. Using this example, also another thing was compared: accuracy of results depending on mesh density, mesh element type, element type in the contact area and type of contact modelling. Second testing example puts together cases of interference an elastic penetrator into an elastic and plastic half-space with the analysis of the influence of friction. The second part of this chapter compares frictionless movement plastic half-space with rolling of elastic penetrator on plastic half-space. Analysis of stress and displacement distribution was held basing on information from theoretical part and on literature. Great similarity was noticed between movement without friction, and rolling. In an engineering example, analysis from first testing example was used when choosing mesh, element type and kind of contact model. Basing on results from the second testing example, movement without friction was used as the approximation of this problem. Pressure values depending on nodes displacement were compared with experimental example. Satisfying results were achieved. Stress and displacement distribution were analyzed basing on literature and information from theoretical part.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Wojciech Jacek Laskowski (FPAE) Wojciech Jacek Laskowski,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Modelowanie sprężysto-plastycznego walcowania przy użyciu MES
Supervisor
Piotr Marek (FPAE/IAAM) Piotr Marek,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)
Study subject / specialization
, Mechanika i Budowa Maszyn
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
30-06-2016
Issue date (year)
2016
Pages
63
Internal identifier
MEL; PD-3770
Reviewers
Piotr Marek (FPAE/IAAM) Piotr Marek,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Tomasz Zagrajek (FPAE/IAAM) Tomasz Zagrajek,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
kontakt, plastyczność, MES, walcowanie
Keywords in English
contact, plasticity, FEM, cold rolling
Abstract in Polish
Praca opisuje oraz analizuje zagadnienie kontaktu sprężysto-plastycznego. Pierwsza część zawiera omówienie teoretyczne kontaktu sprężysto-plastycznego przy użyciu MES (rozdział drugi). Następnie zbadane zostały numerycznie dwa przypadki dwuwymiarowe kontaktu (rozdział trzeci). Ostatnią częścią pracy jest próba zamodelowania procesu pięciokrotnego przewalcowania arkusza metalu (rozdział czwarty). Do modelowania oraz obliczeń numerycznych użyto programu ANSYS Mechanical APDL. W części teoretycznej omówiony został klasyczny kontakt sprężysty według teorii Hertza, podstawy teoretyczne na temat odkształceń w strefie plastycznej oraz metody elementów skończonych. Dodatkowo został krótko opisany kontakt oraz plastyczność w analizie MES. W rozwiązanym przypadku testowym zbadano – wcisk sprężystego penetratora w sprężystą półprzestrzeń. Wyniki otrzymane numerycznie wykazały się dużą dokładnością w porównaniu z rozwiązaniem analitycznym, bazującymi na wzorach Hertza. Na tym przypadku testowym sprawdzono również dokładność wyników w zależności od gęstości siatki, typu użytego elementu skończonego, typu elementu w kontaktu oraz typ kontaktu. W drugim przypadku testowym zbadano przypadki wcisku penetratora w połprzestrzeń sprężystą oraz plastyczną wraz z analizą wpływu tarcia w obydwu przypadkach. Porównano również przemieszczenie plastyczne w dwóch przypadkach: przesunięcie ślizgowe bez tarcia oraz toczenie z tarciem μ=0.2. Analizę rozkładów naprężeń i odkształceń przeprowadzono bazując na wiadomościach z części teoretycznej oraz literaturze. Zaobserwowano duże podobieństwo pomiędzy przesunięciem bez tarcia, a przetoczeniem. Doświadczenia zdobyte w rozwiązanych przykładach testowych posłużyły do zbudowania ostatecznego modelu walcowania arkusza blachy. Uzyskane wartości siły nacisków w zależności od przemieszczenia walca skonfrontowano z przykłądem doświadczalnym. Otrzymano satysfakcjonujące wyniki. Rozkłady naprężeń i odkształceń przeanalizowano na podstawie literatury oraz wiadomości z części teoretycznej.
File
  • File: 1
    Praca_inz_Wojciech_Laskowski.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 12471

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT1c6d6c013071430299cd9a0827c9339d/
URN
urn:pw-repo:WUT1c6d6c013071430299cd9a0827c9339d

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page