| 2018 №01 (03) |
DOI of Article 10.15407/as2018.01.04 |
2018 №01 (05) |
Журнал «Автоматическая сварка», № 1, 2018 г., с. 29-33
Напряженно-деформированное состояние сварных соединений из алюминиевых сплавов в условиях, имитирующих открытый космос
Е. А. Аснис, Е. Г. Терновой, Е. А. Великоиваненко, А. С. Миленин, Г. Ф. Розынка
ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины. 03150, г. Киев, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Приведены результаты расчетных исследований влияния светотеневых границ, способствующих предварительному нагреву освещенных солнцем свариваемых пластин и интенсивному их охлаждению на теневой стороне в процессе электронно-лучевой сварки в условиях, имитирующих открытый космос, на напряженно-деформированное состояние. Для этого разработан комплекс численных методик и программных средств компьютерного моделирования кинетики полей температур, напряжений и деформаций при сварке плавлением встык пластин из алюминиевого сплава АМг6 с учетом существенно неоднородного внешнего температурного воздействия. Проведен анализ влияния расположения светотеневых границ относительно сварного шва на формирующееся текущее и остаточное напряженное состояние алюминиевых пластин при сварке. Для этого на основе расчетной кинетики температурного поля, определяемой с учетом особенностей воздействия источника сварочного нагрева и условий внешнего нагрева и охлаждения, методом конечных элементов решались соответствующие задачи нестационарной термопластичности. Проведенные вычисления, в частности, показали, что распределение остаточных напряжений, формирующихся в сварных соединениях пластин из алюминиевого сплава АМг6 при различном расположении светотеневых границ, характеризуется максимальными напряжениями, которые не достигают предела текучести основного металла (170...180 МПа). Такие напряжения не должны существенно снижать механические характеристики и работоспособность сварных деталей и узлов, получаемых в условиях открытого космоса. Библиогр. 6, рис. 3.
Ключевые слова: имитация условий открытого космоса, светотеневая граница, напряженное состояние, математическое моделирование
Список литературы
- Б. Е. Патон (ред.). (2000) КОСМОС: технологии, материаловедение, конструкции. Киев, ИЭС им. Е. О. Патона.
- Fragomeni J. M., NunesJr. A. C. (2003) A study of the effects of welding parameters on electron beam welding in the space environment. Aerospace Science and Technology, 7, 373–384.
- Рабкин Д. М. (1986 ) Металлургия сварки алюминиевых сплавов. Киев, Наукова думка.
- Бондарев А. А., Терновой Е. Г. (2010) Особенности формирования швов и свойства соединений алюминиевых и магниевых сплавов в условиях, имитирующих космические. Автоматическая сварка, 11, 22–27.
- Махненко В. И. (2006) Ресурс безопасной эксплуатации сварных соединений и узлов современных конструкций. Киев, Наукова думка.
- Mi G., Li C., Gao Z. et al. (2014) Finite element analysis of welding residual stresses of aluminum plates under different butt joint parameters. Engineering Review, 34, 3, 161–166.
Подписано в печать 17.01.2018
Поступила в редакцию 20.11.2018
Читати реферат українською
Ю. А. Асніс, Є. Г. Терновий, О. А. Великоіваненко, О. С. Міленін, Г. П. Розинка
ІЕЗ ім. Є. О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Напружено-деформований стан зварних з’єднань з алюмінієвих сплавів, отриманих в умовах, імітуючих відкритий космос
Наведено результати розрахункових досліджень впливу світлотіньових границь, які сприяють попередньому нагріву освітлених сонцем пластин, що зварюються, та інтенсивному їх охолодженню на тіньовій стороні в процесі зварювання в умовах, імітуючих відкритий космос, на напружено-деформований стан. Для цього розроблений комплекс чисельних методик і програмних засобів комп’ютерного моделювання кінетики полів температур, напружень і деформацій при зварюванні плавленням встик пластин з алюмінієвого сплаву АМг6 з урахуванням істотно неоднорідного зовнішнього температурного впливу. Проведено аналіз впливу розташування світлотіньових границь відносно зварного шва на поточний і залишковий напружений стан алюмінієвих пластин, що формуються при зварюванні. Для цього на основі розрахункової кінетики температурного поля, яка визначається з урахуванням особливостей впливу джерела зварювального нагріву і умов зовнішнього нагріву та охолодження, методом кінцевих елементів вирішувалися відповідні задачі нестаціонарної термопластичності. Проведені обчислення, зокрема, показали, що розподіл залишкових напружень, які формуються в зварних з’єднаннях пластин з алюмінієвого сплаву АМг6 при різному розташуванні світлотіньових границь, характеризуються максимальними напруженнями, які не досягають межі текучості основного металу (170…180 МПа). Такі напруги не повинні істотно знижувати механічні характеристики і працездатність зварних деталей і вузлів, отриманих в умовах відкритого космосу. Бібліогр. 6, рис. 3.
Ключові слова: імітація умов космосу, світлотіньова границя, напружений стан, математичне моделювання
Read abstract and references in English
Е. A. Asnis, E. G. Ternovoj, E. A. Velikoivanenko, A. S. Milenin, G. F. Rozynka
Е. O. Paton Electric Welding Institute of NAS of Ukraine. 11 Kazimir Malevich Str., 03150, Kyiv, Ukraine. E-mail: office@paton.kiev.ua
Stress-strain state of welded joints from aluminium alloys under the conditions simulating open space
The paper gives the results of computational research of the influence of light-shade boundaries promoting preheating of joints of sunlit plates to be welded and their intensive cooling on the shaded side during electron beam welding under the conditions simulating open space, on the stress-strain state. A set of numerical procedures and software for computer modeling of the kinetics of temperature fields, stresses and strains in butt fusion welding of plates from aluminium alloy AMg6, allowing for essentially non-uniform external temperature impact were developed for this purpose. The influence of the position of light-shade boundaries relative to the weld on the forming current and residual stressed state of aluminium plates in welding was analyzed. For this purpose the respective problems of nonstationary thermoplasticity were solved by finite element method, based on computational temperature field kinetics, determined allowing for the features of the impact of welding heat source and conditions of external heating and cooling. Performed calculations showed, in particular, that distribution of residual stresses forming in welded joints of plates from aluminium alloy AMg6 at different position of light-shade boundaries, is characterized by maximum stresses, which do not reach the base metal yield limit (170 – 180 MPa). Such stresses should not essentially lower the mechanical characteristics and performance of welded parts and components, produced in open space conditions. 6 Ref., 3 Fig.
Keywords: simulation of open space conditions, light-shade boundary, stressed state, mathematical modeling
References
- Paton, B.E. (2000) Space: technologies, materials science, structures. Kiev, PWI [in Russian].
- Fragomeni, J.M., Nunes Jr., A.C. (2003) A study of the effects of welding parameters on electron beam welding in the space environment. Aerospace Sci. and Technology, 7, 373-384.
- Rabkin, D.M. (1986) Metallurgy of welding of aluminium alloys. Kiev, Naukova Dumka [in Russian].
- Bondarev, A.A., Ternovoj, E.G. (2010) Features of weld formation and properties of aluminium and magnesium alloy joints under simulated space conditions. The Paton Welding J., 11, 16-20.
- Makhnenko, V.I. (2006) Resource of safe operation of welded joints and assemblies of modern structures. Kiev, Naukova Dumka [in Russian].
- Mi, G., Li, C., Gao, Z. et al. (2014) Finite element analysis of welding residual stresses of aluminum plates under different butt joint parameters. Engineering Review, 34(3), 161-166.
Вартість передплати/замовлення на журнали або окремі статті
| журнал/валюта | річний комплект друкований |
1 прим. друкований |
1 прим. електронний |
одна стаття |
| AS/UAH | 1800 грн. | 300 грн. | 300 грн. | 150 грн. |
| AS/USD | 192 $ | 32 $ | 26 $ | 16 $ |
| AS/EUR | 180 € | 30 € | 25 € | 15 € |
| TPWJ/UAH | 7200 грн. | 600 грн. | 600 грн. | 280 грн. |
| TPWJ/USD | 384 $ | 32 $ | 26 $ | 16 $ |
| TPWJ/EUR | 360 € | 30 € | 25 € | 15 € |
| SEM/UAH | 1200 грн. | 300 грн. | 300 грн. | 150 грн. |
| SEM/USD | 128 $ | 32 $ | 26 $ | 16 $ |
| SEM/EUR | 120 € | 30 € | 25 € | 15 € |
| TDNK/UAH | 1200 грн. | 300 грн. | 300 грн. | 150 грн. |
| TDNK/USD | 128 $ | 32 $ | 26 $ | 16 $ |
| TDNK/EUR | 120 € | 30 € | 25 € | 15 € |
AS = «Автоматическая сварка» - 6 накладів на рік;
TPWJ = «PATON WELDING JOURNAL» - 12 накладів на рік;
SEM = «Современная электрометаллургия» - 4 наклада на рік;
TDNK = «Техническая диагностика и неразрушающий контроль» - 4 наклада на рік.