Автоматическая сварка, 2017, №03



2017 №03 (01)

DOI of Article 10.15407/as2017.03.02

2017 №03 (03)

---

Автоматическая сварка, № 3, 2017, с. 11-19
 

Моделирование температурных полей и напряженно-деформированного состояния малого трехмерного образца при его послойном формировании

О. В. Махненко¹, А. С. Миленин¹, Е. А. Великоиваненко¹, Н. И. Пивторак¹, Д. В. Ковальчук²

¹ИЄС им. Е. О. Патона НАН Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
²ЧАО «НПО «Червона Хвиля». 03680, г. Киев, ул. Казимира Малевича, 15. E-mail: master@chervonahvilya.com
 
Реферат
С целью оптимизации процесса послойного формирования титановых конструкционных элементов авиакосмического назначения посредством современных электронно-лучевых технологий xBeam 3D Metal Printer (xBeam) был проведен комплекс исследований кинетики температурных полей и напряженно-деформированного состояния таврового профиля с помощью методов математического и компьютерного моделирования. На основе результатов исследований были показаны способы оптимизации температурных полей для обеспечения равномерного распределения по высоте и по длине изделия путём рационального выбора времени между проходами наплавки формирующих валиков и переменной мощности источника. Кроме того, показаны характерные поля напряжений и деформаций, формирующиеся в изделии в процессе его изготовления, а также возможности применения технологических приемов для снижения остаточного формоизменения. Библиогр. 26, табл. 2, рис. 13.
 
Ключевые слова: послойное формирование, электронный луч, температурное поле, напряжённо-деформированное состояние, оптимизация, математическое моделирование

---

Читати реферат українською

Поступила в редакцию 14.02.2017
Подписано в печать 23.02.2017
 

1. Wire-feed additive manufacturing of metal components: technologies, developments and future interests / Ding D. et al. // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2015. – 81(1). – P. 465–481.
2. Cellular titanium by selective electron beam melting / Heinl P. et al. // Adv. Eng. Mater. – 2007. – № 9. – P. 360–364.
3. Kristofer Ek. Additive manufactured material // Master of Science Thesis Stockholm. – 2014. – 88 р.
4. Additive manufactured Ti–6Al–4V using welding wire: comparison of laser and arc beam deposition and evaluation with respect to aerospace material specifications / Brandl E. et al. // Physics Procedia. – 2010. – December. – P. 595–606.
5. Building new entities from existing titanium part by electron beam melting: microstructures and mechanical properties / Mandil G. et al. // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2016. – Vol. 85. – Iss. 5. – P. 1835–1846.
6. Characterization of titanium aluminide alloy components fabricated by additive manufacturing using electron beam melting / Murr L. E. et al. // Acta Materialia. – 2010. – Vol. 58. – Iss. 5. – P. 1887–1894.
7. Characterization of cellular solids in Ti6Al4V for orthopaedic implant applications: Trabecular titanium / Marin E. et al. // Mechanical Behaviour of Biomedical Materials. – 2010. Vol. 3. – Iss. 5. – P. 373–381.
8. Preliminary fabrication of thin-wall structure of Ti6Al4V for dental restoration by electron beam melting / Wahyudin P. Syam et al. // Rapid Prototyping Journal. – 2012. – April. – P. 230–240.
9. Assessment by X-ray CT of the effects of geometry and build direction on defects in titanium ALM parts / Leonard F. et al. // Conference on Industrial Computed Tomography (ICT). – 2012. – P. 85–93.
10. Atmospheric electron-beam surface alloying of titanium with tantalum / Golkovski M. G. et al. // Materials Science & Engineering A. – 2013. – Vol. 578. – P. 310–317.
11. Effect of interpass temperature on in-situ alloying and additive manufacturing of titanium aluminides using gas tungsten arc welding / Yan Ma et al. // Adv. Manufacturing. – 2015. – Vol. 8. – P. 71–77.
12. A comparative study of additive manufacturing techniques: Residual stress and microstructural analysis of CLAD and WAAM printed Ti–6Al–4V components / Blanka A. Szost et al.// Materials and Design. – 2015. – Vol. 89. – P. 559–567.
13. Additive manufacturing of Ti–6Al–4V components by shaped metal deposition: Microstructure and mechanical properties / Baurfeld B. et al. // Materials and Design. – 2010. – Vol. 31. – P. 106–111.
14. Electron beam additive manufacturing of titanium components: properties and performance / Edwards P. et al. // Journal of Manufacturing Science and Engineering. – 2013. – Vol. 135. – Iss. 6. – P. 061016/1–061016/7.
15. Powder-bed electron-beam-melting additive manufacturing: powder characterization, process simulation and metrology / Gong X. et al. // ASME Early Career Technical Journal. – 2013. – № 12. – P. 59–66.
16. Recent Progress of Additive Manufactured Ti–6Al–4V by Electron Beam Melting / Nai M. L. S. et al. // Proceedings of the 27th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium – An Additive Manufacturing Conference 2016. – P. 691–704.
17. Additive manufacturing solutions for improved medical implants / Petrovic V. et al. // Biomedicine, InTechOpen. – 2012. – March. – P. 147–180.
18. Electron beam melting fabrication of porous Ti6Al4V scaffolds: cytocompatibility and osteogenesis / Jia Lv. et al. // Adv. Eng. Mater. – 2015. – P. 1–8.
19. Evaluation of titanium alloys fabricated using rapid prototyping technologies – electron beam melting and laser beam melting / Mari Koike et al. // Materials. – 2011. – № 4. – P. 1776–1792.
20. 3D электронно-лучевая наплавка титановых деталей / С. В . Ахонин и др. // Автоматическая сварка. – 2016. – № 5–6 (753). – С. 141–144.
21. Махненко В. И. Проблемы экспертизы современных сварных конструкций ответственного назначения // Там же. – 2013. – № 5. – С. 22–29.
22. Махненко В. И., Великоиваненко Е. А., Олейник О. И. Риск-анализ как средство формализации принятия решений о внеплановом ремонте сварных конструкций // Там же. – 2008. – № 5. – С. 5–10.
23. Міленін О. С. Імовірнісний аналіз стану магістральних трубопроводів із виявленими дефектами та ресурс їх експлуатації після ремонту під тиском // Вісник Тернопільського національного технічного університету. Спеціальний випуск. – 2011. – Ч. 1. – C. 73–81
24. Махненко В. И. Расчетные методы исследования кинетики сварочных напряжений и деформаций. – Киев: Наукова думка, 1976. – 320 с.
25. Махненко В. И. Ресурс безопасной эксплуатации сварных соединений и узлов современных конструкций. – Там же, 2006. – 618 с.
26. Методы и технологии параллельных вычислений для математического моделирования напряженно-деформированного состояния конструкций с учетом вязкого разрушения / Е. А. Великоиваненко и др. // Проблемы управления и информатики. – 2014. – № 6. – С. 42–52.