Altair EDEM’de abrazif ve erozyonlu aşınmaya bağlı geometrideki deformasyonun modellenmesi

Aşınma, ekipmanın verimliliğini kademeli olarak azaltabilen ve işlevsel başarısızlığıyla sonuçlanabilen, maliyetli bir olgudur.

Tanecikli malzemelerle etkileşime giren ekipman bileşenleri, özellikle yüksek aşınma oranları yaşayabilir ve bu nedenle, aşınmanın nerede meydana geldiği, ne kadar hızlı geliştiği ve ekipman performansı üzerindeki etkisinin anlaşılması, daha gelişmiş tasarımlar oluşturmanın anahtarıdır.

Geleneksel olarak bu sorunlar, yavaş ve pahalı olabilen fiziksel prototipleme yoluyla ele alınmıştır. Altair EDEM, aşınma bölgelerini ve aşınma oranını tahmin etmek için taneli malzemelerin ve ekipmanın etkileşimini modellemek için kullanılmaktadır.

Altair EDEM 2020.3′ versiyonuyla birlikte , artık Altair EDEM’in güçlü Uygulama Programlama Arayüzü (API) aracılığıyla aşınma nedeniyle geometri deformasyonunu modellemek mümkündür ve bu tür modelleme, aşınma ilerledikçe ekipman performansının nasıl değiştiğini anlamak için kullanılabilir. Kullanıcılar, ekipmanı sanal olarak optimize etmek ve geliştirilmiş tasarımları daha ucuz ve daha hızlı oluşturmak için Altair EDEM’in kapsamlı aşınma modelleme özelliklerinden yararlanabilir.

Parçacık etkileşimlerinden kaynaklanan malzeme aşınması, kesme, kırılma, plastik deformasyon, çarpma, yorulma ve diğerleri gibi çok çeşitli mikro-mekanik olaylardan kaynaklanabilir. Bu altta yatan fenomenin karmaşıklığı ve çeşitliliği çok büyük olsa da, parçacık etkileşimlerinden kaynaklanan aşınma yararlı bir şekilde sadece iki geniş kategoriye ayrılabilir – abrazif aşınma ve erozyonlu aşınma.

Abrazif aşınma , partiküller ekipman yüzeylerine doğru kaydığında meydana gelir. Bu tip aşınma, EDEM’de oluşturulan klasik Archard aşınma modeli [1] kullanılarak modellenebilir. Model, normal temas kuvveti ve kayma mesafesinin bir fonksiyonu olarak aşınmadan dolayı çıkarılan malzemenin hacmini tahmin eder ve sadece bir girdi parametresi gerektirir – deneysel bir aşınma sabiti. EDEM’deki sonuçlar, geometri ağ elemanlarındaki aşınma derinliği olarak verilmiştir; bu, aşınmadan kaynaklanan deformasyonun simülasyonlara dahil edilmesini sağlar. Bu, geometrik elemanların düğümlerinin, EDEM’in API’sı kullanılarak hesaplanan aşınma derinliği temelinde yer değiştirmesiyle elde edilir.

Erozyonlu aşınma, parçacıklar ekipman yüzeylerine çarptığında meydana gelir. Bu tip aşınma, partikül boyutunun, çarpma hızının ve çarpma açısının bir fonksiyonu olarak partikül etkisine bağlı olarak çıkarılan malzemenin hacmini tahmin eden, yaygın olarak benimsenen Oka aşınma modeli [2,3] kullanılarak modellenebilir. Model için yalnızca iki girdi parametresi gereklidir – Aşınan malzemenin Vickers malzeme sertlik değeri ve ampirik aşınma sabiti. EDEM’deki sonuçlar, Archard aşınma modeline benzer şekilde geometri ağ elemanlarında aşınma derinliği açısından verilmiştir.

Oka ve Archard aşınma modellerinin karşılaştırmalı bir analizi, bir deflektör plakasının aşınmasının araştırıldığı ve Şekil 1’de gösterilen EDEM transfer kanalı simülasyonu kullanılarak gerçekleştirilmiştir.

Öngörülen aşınma derinliği dağılımları ve bunun sonucunda plakanın deforme olmuş şekli Şekil 2’de gösterilmektedir.

Abrazif aşınmanın malzeme akışının levha yüzeyine yüksek basınç uyguladığı bölgelerde yoğunlaştığı, erozyonlu aşınmanın ise partikül çarpma hızı ve frekansının yüksek olduğu veya çarpma açısının eğik olduğu bölgelerde meydana geldiği görülmüştür.

Bu uygulamada, aşınma derinliği dağılımının tahmini, aşınmayı en aza indirmek için deflektör plaka şeklinin ve kanal operasyonel parametrelerinin sanal optimizasyonunu sağlar. Ayrıca, aşınmaya bağlı geometri deformasyonunun eklenmesi, plaka geometrisi geliştikçe sapmış parçacık yörüngelerinin analizini mümkün kılar ve bu, zaman içinde plaka eğim açısında gerekli ayarlamaları bildirebilir.

Archard ve Oka aşınma modellerinin sonuçları burada karşılaştırma amacıyla ayrı ayrı gösterilirken, modellerin birlikte abrazif ve erozyonlu aşınmaya bağlı olarak deforme olan şekli elde etmek için kullanılabileceğini belirtmekte fayda vardır.

Şekil 2’de gösterilenler gibi sonuçların deneysel olarak elde edilmesi zor ve maliyetlidir, bu da Altair EDEM çözümünün tasarım sürecine son derece önemli bir katkı sağlayabileceğini gösterir. Bu bağlamda, Oka [2,3] abrazif aşınma modeli, EDEM’de eksiksiz bir aşınma modelleme paketi sağlamak için halihazırda yerleşik olan Archard erozyonlu aşınma modelini [1] tamamlar. Yakın zamanda geliştirilen geometri deformasyonu EDEM API yöntemi, ekipman şeklinin evrimini ve bunun ekipman performansı üzerindeki etkilerini yakalayan daha yüksek doğrulukta bir aşınma modellemesi sağlar.

Altair EDEM Uygulama Örnekleri —>

Ücretsiz | Off-line | Altair EDEM Eğitim Videoları –>

Ücretsiz | Off-line |Altair EDEM Transfer Kanalı Tasarımı Eğitimi –>

Referanslar

[1] Archard, J.F., (1953). Contact and rubbing of flat surfaces. J. Appl. Phys. 24, 981–988.

[2] Oka, Y. I., Okamura, K., & Yoshida, T. (2005). Practical estimation of erosion damage caused by solid particle impact: Part 1: Effects of impact parameters on a predictive equation. Wear, 259(1–6), 95–101. https://doi.org/10.1016/j.wear.2005.01.039

[3] Oka, Y. I., & Yoshida, T. (2005). Practical estimation of erosion damage caused by solid particle impact: Part 2: Mechanical properties of materials directly associated with erosion damage. Wear, 259(1–6), 102–109. https://doi.org/10.1016/j.wear.2005.01.040