Details

Работа изложена на 67 с., 32 рис., 1 табл. Ключевые слова: истинные диаграммы деформирования, судостроительные стали, статическое растяжение, аппроксимация, метод конечных элементов, Python, ANSYS. Тема выпускной квалификационной работы: «Формализация определения истинных диаграмм деформирования изотропных конструкционных материалов». Задачи, которые решались в ходе исследования: 1) Изучение механических свойств металлов и характеристик разрушения при статическом растяжении. 2) Анализ существующих стандартов и методик испытания на растяжение. 3) Обоснование необходимости построения истинных диаграмм деформирования и их отличие от инженерных. 4) Разработка алгоритма пересчета экспериментальных инженерных диаграмм в координаты «истинные напряжения-деформация». 5) Реализация программного обеспечения на языке Python для автоматизации обработки экспериментальных данных. 6) Построение модели аппроксимации участка диаграммы после максимума нагрузки и формирование набора характерных точек для ввода в ANSYS. Работа посвящена разработке методики и программного инструмента для построения истинных диаграмм деформирования конструкционных материалов, используемых в судостроении. Материалы в данной работе считаются изотропными. При необходимости учета анизотропии исходные экспериментальные данные относят к некоторому слою металла, и моделируют в ANSYS металл из нескольких слоев. Рассмотрены механические свойства металлов, особенности разрушения и диаграммы растяжения. Проведен обзор стандартов испытаний, включая форму образцов и особенности регистрации данных. Разработан алгоритм пересчета диаграмм в истинные координаты с исключением податливости нагружающей системы и построена модель участка после максимума нагрузки на основе степенной аппроксимации. Создано программное обеспечение на Python, обеспечивающее полуавтоматическую обработку данных из различных форматов и формирование файла для моделирования в ANSYS (как минимум, первое приближение), что позволило проверить корректность полученной диаграммы. Применяемые информационные технологии: язык программирования Python, программное обеспечение ANSYS, библиотека Matplotlib для визуализации графиков, пакеты обработки данных (pandas, numpy), а также разработанные алгоритмы подбора аппроксимации и обработки форматов экспериментальных данных (.dat, .asc, .csv, .tra, .xls).

The thesis contains 67 pages, 32 figures, 1 table. Keywords: true stress-strain diagrams, shipbuilding steels, static tensile test, approximation, finite element method, Python, ANSYS. Title of the Bachelors Thesis: "Formalization of True Stress-Strain Diagram Determination for Isotropic Structural Materials". Research objectives: 1. Study of mechanical properties of metals and fracture characteristics under static tension. 2. Analysis of actual standards and tensile test methods. 3. Justification of the need for true stress-strain diagrams and their difference from engineering ones. 4. Development of an algorithm for converting experimental diagrams into true stress-strain coordinates. 5. Implementation of Python-based software for automated processing of test data. 6. Construction of an approximation model for the post-peak section and generation of characteristic points to be used in ANSYS. The research focuses on the development of a methodology and software tool for constructing true stress-strain diagrams of structural materials used in shipbuilding. Materials in this thesis are considered to be isotropic. In case an anisotropy has to be taken into account, initial experimental data are related to the specific layers of metal. FEM simulation by ANSYS is further realized for a multilayered material. Mechanical performances of metals, fracture mechanisms and tensile diagrams are reviewed. Standards for tensile testing, including specimen geometry and data acquisition are analyzed. An algorithm is developed of conversion experimental data into true coordinates with the loading train compliance excluded. A model for the post-load maximum curve is created using a power-law approximation. A Python-based software is developed for the semi-automatic data processing from various file formats and generating an output file to be used in ANSYS simulations (the first approximation, as minimum), which allows to verify the accuracy of the output diagram. Information technologies applied: Python programming language, ANSYS simulation software, Matplotlib for data visualization, data processing packages (pandas, numpy), and custom-developed algorithms for approximation and parsing from various input file formats with experimental data (.dat, .asc, .csv, .tra, .xls).