Методика оценки остаточных напряжений в образцах из сплава AlSi10Mg, полученных по технологии SLM


DOI: 10.34759/trd-2021-119-10

Авторы

Бабайцев А. В.*, Рабинский Л. Н.**, Мин Я. Н.

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: ar77eny@gmail.com
**e-mail: rabinskiy@mail.ru

Аннотация

На сегодняшний день аддитивные технологии используются для создания физических моделей, прототипов, образцов, инструментальной оснастки и производства пластиковых, металлических, керамических, стеклянных, композитных компонентов и компонентов из биоматериалов. Наибольший технологический интерес представляет изготовление конечных деталей из металлических сплавов, применяемых в авиакосмической индустрии, машиностроении, автомобилестроении, нефтегазовой отрасли, электронике, медицине и других отраслях промышленности. К наиболее прогрессивной и популярной технологии 3D-печати металлами относится селективное лазерное плавление (SLM). При изготовлении изделий по технологии SLM можно воспроизводить сложные геометрические формы, включая внутренние полости и каналы, а также при продуманных дизайнерских решениях — добиться минимального объема механической обработки и исключения дорогостоящей оснастки. Однако в следствии спекания порошка и локального неравномерного перегрева в синтезируемых деталей образуются температурные остаточные напряжения. Уровень которых может существенно повлиять на работу получаемых изделий. В работе представлен вариант методики определения остаточных напряжений в изделиях из нержавеющей стали PH1, полученных по технологии SLM. Для этого проводилось исследование остаточных напряжений на плоских прямоугольных образцах выращенных в 3х направлениях относительно плоскости построения (параллельно, перпендикулярно и под углом 45 градусов к платформе построения). Методика определения остаточных напряжений основана на определение деформации при сверлении зондирующего отверстия и последующего численного расчета для определения остаточных напряжений. Фиксация деформаций проводилась с использованием метода корреляции изображений. Подобный бесконтактный метод позволяет с высокой точности определить поле перемещений и деформаций с использованием сверлильной установки и фотокамеры с макрообъективом. Численный расчет проводился методом конечных элементов с учетом определенных деформаций из эксперимента в среде COMSOL Multiphysics. В результате расчетов было получено распределение остаточных деформаций и напряжений по всем образцам для всех его компонентов. Наиболее показательные результаты были получены на образце выращенного в плоскости построения.

Ключевые слова:

аддитивные технологии, SLM, остаточные напряжения, зондирующие отверстия, корреляции цифровых изображений

Библиографический список

  1. Биргер И.А. Остаточные напряжения. — М.: Машгиз, 1963. — 239 с.

  2. Чернышев Г.Н. Остаточные напряжения в деформируемых твердых телах. М.: Наука, 1996. — 240 с.

  3. Буркин С.П., Шимов Г.В., Андрюкова Е.А. Металлургия. Остаточные напряжения в металлопродукции. — М.: Издательство Юрайт, 2018. — 247 с.

  4. Solyaev Y., Babaytsev A. Direct observation of plastic shear strain concentration in the thick GLARE laminates under bending loading // Composites Part B: Engineering, 2021, vol. 224, no. 1, pp. 109145. DOI: 10.1016/j.compositesb.2021.109145

  5. Besnard G., Hild F., Roux S. «Finite-element» displacement fields analysis from digital images: Application to Portevin-Le Châtelier // Experimental Mechanics, 2006, vol. 46, no. 6, pp. 789 — 803. DOI: 10.1007/s11340-006-9824-8

  6. Roux S., Hild F. Stress intensity factor measurements from digial image correlation: Post-processing and integrated approaches // International Journal of Fracture, 2006, vol. 140, no.4, pp. 141 — 157. DOI:10.1007/s10704-006-6631-2

  7. Pan B. Two-dimensional digital image correlation for in-plane displacement and strain measurement: a review // Measurement Science and Technology, 2009, vol. 20, no. 6, pp. 062001. DOI: 10.1088/0957-0233/20/6/062001

  8. Sun Y.F., Pang J.H.L. AFM image reconstruction for deformation measurements by digital image correlation // Nanotechnology, 2006, no. 17, pp. 933 — 939. DOI: 10.1088/0957-4484/17/4/016

  9. Зубов В.А., Крайский А.В., Меркин А.А., Султанов Т.Т. Корреляционная обработка двумерной оптической информации в процессе фотоэлектрической регистрации // Краткие сообщения по физике. 1978. no. 10. C. 35 — 42.

  10. Wang Y., Cuitino A. M. Full-field measurements of heterogeneous deformation patterns on polymeric foams using digital image correlatotion // International Journal of Solids and Structures, 2002, no. 39, pp. 3777 — 3796. DOI: 10.1016/S0020-7683(02)00176-2

  11. Babaytsev A.V., Kuznetsova E.L., Rabinskiy L.N., Tushavina O.V. Investigation of permanent strains in nanomodified composites after molding at elevated temperatures // Periodico Tche Quimica, 2020, vol. 17, no. 34, pp. 1055 — 1065.

  12. Штрикман М.М., Кащук Н.М. Определение тепловых напряжений и деформаций при фрикционной сварке трехслойных панелей из алюминиевых сплавов // Труды МАИ. 2011. № 43. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=24728

  13. Рыбаулин А.Г., Сидоренко А.С. Исследование локального напряженного состояния и оценка долговечности конструкции авиационного изделия с дискретными сварными соединении при случайном нагружении // Труды МАИ. 2015. № 79. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=55786

  14. Лебёдкин И.Ф., Молотков А.А., Третьякова О.Н. Математическое моделирование сложного теплообмена при разработке лазерных SLM технологий // Труды МАИ. 2018. № 101. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=97045

  15. Чумаков Д.М. Перспективы использования аддитивных технологий при создании авиационной и ракетно-космической техники // Труды МАИ. 2014. № 78. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=53682

  16. Супрапеди, Тойоока С. Пространственно-временное наблюдение пластической деформации и разрушения методом лазерной спекл-интерферометрии // Физическая мезомеханика. 1998. Т. 1. № 1. C. 55 — 60.

  17. Pisarev V., Odintsev I., Eleonsky S., Apalkov A. Residual stress determination by optical interferometric measurements of hole diameter increments // Optics and lasers in engineering, 2018, no. 110, pp. 437 — 456. DOI: 10.1016/j.optlaseng.2018.06.022

  18. Волков В.И., Ньян Мин Хтет, Вей Хлэйн У, Тун Мин Лат. Определение физико-механических характеристик материалов при исследовании концентрации напряжений в образцах с отверстиями // Труды МФТИ. 2018. Т. 10. № 1. С. 68 — 74.

  19. Бодрышев В.В. Анализ структуры материала по критерию — интенсивность изображения фотографии // Технология материалов. 2017. № 11. С. 8 — 12.

  20. Корбуков Г.Е., Куликов В.В., Цветов Е.Р. Голография и обработка изображений / Оптический гетеродинный метод корреляционной обработки изображений. — Ленинград: Наука, 1976. С. 51 — 68.


    21. Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход