МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ В ПРОЦЕССЕ ЛАЗЕРНОЙ ПОРОШКОВОЙ НАПЛАВКИ С ЦЕЛЬЮ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЕЧНОГО КОРОБЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

Сведения об авторах
  • Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация
  • Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация; ОДК-Авиадвигатель, Пермь, Российская Федерация
  • Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация
  • ОДК-Авиадвигатель, Пермь, Российская Федерация

Аннотация

Аддитивные технологии, частью которых является лазерная порошковая наплавка (ремонтная технология), позволяют создавать изделия за счет последовательного наплавления слоев порошка. Такой процесс предполагает большие температурные градиенты и технологические остаточные напряжения, которые могут приводить к нарушению формы, изменению механических и эксплуатационных характеристик изделия. Для контроля и предотвращения появления остаточных деформаций в теле наплавки имеет смысл проводить конечно-элементное моделирование процесса лазерной порошковой наплавки при помощи технологии послойной активации или добавления новых конечных элементов на поверхности наплавляемой модели. Наиболее подходящим для решения задачи будет метод рождения/смерти элементов (Element Birth/Death), в котором элементы для еще не созданного материала деактивируются (и, таким образом, не включаются в область решения), а затем постепенно возрождаются и включаются в область решения. Наращивание материала производится дискретно. На каждом подэтапе расчёта, соответствующем «оживлению» очередной подобласти из «мертвых» элементов, решается связанная задача теплопроводности и механики деформированного твёрдого тела, причём результат решения предыдущего подэтапа служит начальными условиями для последующего. Разработана математическая модель и алгоритм моделирования коробления при наплавке, проведены расчеты наплавки цилиндрических образцов. В ходе расчетов была использована полилинейная модель пластичности MISO для материала образца и билинейная модель пластичности BISO для присадочного порошка. Проведена верификация модели по результатам оптического контроля изменения геометрии экспериментальных образцов после реальной наплавки. Погрешность расчета коробления не превысила 5 %.

Ключевые слова

аддитивные технологииаддитивное производстволазерная порошковая наплавкаприсадочный порошокмоделирование напряженно-деформированного состоянияремонтные технологиисвязанная задачасмерть/рождение элементовкороблениязадача нестационарной теплопроводностиквазистатическая задача

Литература

  1. 1.Overview of modelling and simulation of metal powder bed fusion process at Lawrence Livermore National Laboratory / W. King, A. Anderson, R. Ferencz, N. Hodge, C. Kamath, S. Khairallah // Material Science and Technology. – 2015. – Vol. 31, no. 8. – P. 957–968. Scholar
  2. 2.Numerical simulation of welding distortion in laser metal deposition additive manufacturing process / K. Dongauzer, M. Boyarshinov, M. Bekmansurov, D. Shamov // Key Engineering Materials. – 2022. – Vol. 910. – P. 338–343. 10.4028/p-3s97k6 Scholar
  3. 3.Донгаузер К.А., Бояршинов М.Г., Бекмансуров М.Р. Численное моделирование деформаций в аддитивном технологическом процессе лазерной порошковой наплавки // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. – 2022. – № 68. – С. 30–37. Scholar
  4. 4.Сметанников О.Ю., Максимов П.В., Трушников Д.Н. Исследование влияния параметров процесса 3D-наплавки проволочных материалов на формирование остаточных деформаций // Вестник ПНИПУ. Механика. – 2019. – № 2. – С. 181–194. Scholar
  5. 5.Корсмик Р.С. Формирование наплавленного металла при лазерной наплавке и прямом лазерном выращивании с применением проволок // Znanstveba Misel. – 2019. – № 2-1 (27). – С. 41–49. Scholar
  6. 6.Шаронова Н.И., Рыков Е.В., Осипов С.Г. Технология восстановления деталей ГТД на специализированной отечественной установке для порошковой лазерной наплавки // Наука-производству. – 2017. – С. 137–148. Scholar
  7. 7.Ельцов В.В., Потехин В.П., Дитенков О.А. Математическое моделирование процесса формирования усадочного кратера при наплавке // Сварочное производство. – 2012. – № 1. – С. 9–16. Scholar
  8. 8.Three-dimensional finite element analysis of temperatures and stresses in wide-band laser surface melting processing / C. Li, Y. Wang, H. Zhan, T. Han, B. Han, W. Zhao // Materials & Design. – 2010. – Vol. 31, no. 7. – P. 3366–3373. DOI: 10.1016/j.matdes.2010.01.054 Scholar
  9. 9.Омелин А.А. Исследование моделирования процесса лазерной наплавки сплавов на никелевой основе // Электрофизические методы обработки в современной промышленности: материалы 4-й Международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. – Пермь, 2021. – С. 320–325. Scholar
  10. 10.Ma L., Bin H. Temperature and stress analysis and simulation in fractal scanning based laser sintering // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2007. – Vol. 34, no. 9. – P. 898–903. Scholar

Другие статьи выпуска

Весь выпуск (№ 6, 2023)

Показаны 12 из 13

Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована
21.12.2023
В выпуске
21.12.2023
Выпуск
№ 6 (2023)
Поделиться