Eng
Ukr
Rus
Печать
2017 №03 (01) DOI of Article
10.15407/as2017.03.02
2017 №03 (03)

Автоматическая сварка 2017 #03
Автоматическая сварка, № 3, 2017, с. 11-19
 
Моделирование температурных полей и напряженно-деформированного состояния малого трехмерного образца при его послойном формировании
 
Авторы
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



Моделювання температурних полів і напружено -деформованого стану малоготривимірного зразка при його пошаровому формуванні
 
Махненко О. В.1, Міленін О. С.1, Великоіваненко О. А.1, Півторак Н. І.1, Ковальчук Д. В.2
1ІЕЗ ім. Є. О. Патона НАН України. 03680, м. Київ-150, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
2ПрАТ «НВО «Червона Хвиля». 03680, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 15. E-mail: master@chervonahvilya.com
 
З метою оптимізації процесу пошарового формування титанових конструкційних елементів авіакосмічного призначення за допомогою сучасних електронно-променевих технологій xBeam 3D Metal Printer (xBeam) було проведено комплекс досліджень кінетики температурних полів і напружено-деформованого стану таврового профілю за допомогою методів математичного та комп’ютерного моделювання. На основі результатів досліджень було показано способи оптимізації температурних полів для забезпечення рівномірного по висоті та по довжині виробу розподілу шляхом раціонального вибору часу між проходами наплавлення формуючих валиків і змінної потужності джерела. Крім того, показані характерні поля напружень та деформацій, що формуються у виробі в процесі його виготовлення, а також можливості використання технологічних заходів для зниження залишкової формозміни. Бібліогр. 26, табл. 2, рис. 13.
 
Ключові слова: пошарове формування, електронний промінь, температурне поле, напружено-деформований стан, оптимізація, математичне моделювання

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.

>