Современная электрометаллургия, 2018, #4, 52-61 pages
Моделирование аддитивного процесса формирования тонкостенных цилиндрических оболочек
В. А. Костин, Г. М. Григоренко
Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины.
03150, г. Киев, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
В работе представлены результаты моделирования температурных полей, напряжений и деформаций при формировании аддитивной многослойной конструкции из алюминиевого сплава 1561, низколегированной конструкционной стали марки 09Г2С и титанового сплава марки Grade 2. На основании экспериментальных результатов, полученных в ИЭС им. Е. О. Патона, при аддитивных наплавках данных материалов проведено компьютерное моделирование с целью улучшения технологии проведения процесса. В ходе расчетов проанализировано влияние алгоритма последовательности нанесения аддитивных слоев (наплавление цилиндрической оболочки по кольцу или по спирали) на распределение температур при наплавке и ее устойчивость к внешним нагрузкам. Установлено, что при формировании цилиндрических оболочек аддитивным способом целесообразно использовать технологию наплавления по спирали и применять менее теплопроводные конструкционные материалы (конструкционные стали, титановые сплавы). Библиогр. 21, табл. 1, ил. 10.
Ключевые слова: аддитивное производство; моделирование; наплавление по спирали; цилиндрические оболочки; устойчивость; остаточные напряжения
Received: 22.05.18
Published: 15.11.18
Список литературы
- Кривошапко С. Н. (2013) О возможностях оболочечных сооружений в современной архитектуре и строительстве. Строительная механика инженерных конструкций и сооружений, 1, 51–56.
- Буланов И. М., Воробей В. В. (1998) Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов: учеб. для вузов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана.
- (2017) ВМС США напечатали готовый к погружению подводный аппарат. https://hi-news.ru/technology/vms-ssha-napechatali-gotovyj-k-pogruzheniyu-podvodnyj-apparat.html
- Ночовная Н. А., Анташев В. Г. (2007) Титан спускается на Землю. Мир транспорта, 4. http://www.viam.ru/public.
- (2016) Титан — материал XXI века. Судостроение. Металлургия. Машиностроение. Энергетика. http://www.crism-prometey.ru/about/activities/titanovyye-splavy-60.pdf
- Каблов Е. Н. (2007) Основные итоги и направления развития материалов для перспективной авиационной техники. В сб. 75 лет. Авиационные материалы. Избранные труды «ВИАМ» 1932–2007. Москва, ВИАМ, 20–26.
- Дубинчик Е. В., Пастушков В. Г., Янковский Л. В. (2013) Особенности применения композитных материалов в строительстве. Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе, 3, 175–181.
- Голенков В. А., Дмитриев А. М., Кухарь В. Д. и др. (2004) Специальные технологические процессы и оборудование обработки давлением. Москва, Машиностроение.
- Барвинок В. А., Кирилин А. Н., Комаров А. Д. (2002) Высокоэффективные технологические процессы изготовления элементов трубопроводных и топливных систем летательных аппаратов. Москва, Наука и технологии.
- Григоренко Г. М., Шаповалов В. А., Жуков В. В. (2016) Аддитивное производство металлических изделий (Обзор). Автоматическая сварка, 5–6, 148–153.
- Wong K. V., Hernandez A. (2012) A review of additive manufacturing. International scholarly research network — mechanical engineering, 2012, Article ID 208760, doi:10.5402/2012/208760.
- Махненко О. В., Миленин А. С., Великоиваненко Е. А. и др. (2017) Моделирование температурных полей для различных типов трехмерных образцов при их послойном формировании на оборудовании электронно-лучевой наплавки xBEAM 3D Metal Printer. Сб. докл. восьмой межд. конф. «Лучевые технологии в сварке и обработке материалов». Киев, Международная Ассоциация «Сварка». http://patonpublishinghouse.com/proceedings/ltwmp2017.pdf.
- Jandric Z., Labudovic M., Kovacevic R. (2004) Effect of heat sink on microstructure of three-dimensional parts built by welding-based deposition. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 44(7–8), 785–796.
- Ковальчук Д. В., Мельник В. И., Мельник И. В., ТугайБ. А. (2017) Новые возможности аддитивного производства с технологией xBeam 3D Metal Printing (Обзор). Автоматическая сварка, 12, 26–33.
- Шаповалов Е. В., Долиненко В. В., Коляда В. А. и др. (2016) Применение роботизированной и механизированной сварки в условиях возмущающих факторов. Там же, 7, 46–51.
- Lukas H. L., Fries S. G., Sundman B. (2007) Computational Thermodynamics: The Calphad Method. Cambridge, U.K., Cambridge University Press.
- Костин В. А., Григоренко Г. М. (2017) Особенности формирования структуры 3D изделия из стали S460M в аддитивной металлургической технологии. Современная электрометаллургия, 3, 33–42.
- Григоренко Г. М., Костин В. А., Жуков В. В. (2017) Моделирование металлургического аддитивного процесса создания конструкций из стали 09Г2С. Там же, 2, 35–44.
- Lorenz R. (1911) Die nicht assensymmetrische. Knickung dunnwandiger Hohlzulinder Zeitschrift, 7, 241–260.
- Тимошенко С. П. (1914) К вопросу о деформации и устойчивости цилиндрической оболочки. Вестн. о-ва технол., 21, 785–792.
- Карпов В. (2010) Прочность и устойчивость подкрепленных оболочек вращения. В 2-х ч. Ч. 1. Модели и алгоритмы исследования прочности и устойчивости подкрепленных оболочек вращения. Москва, ФИЗМАТЛИТ.