Моделирование температурных полей и напряженно-деформированного состояния малого трехмерного образца при его послойном формировании

Abstract

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.

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.

A set of investigations on kinetics of temperature fields and stress-strain state of a tee section was carried out employing mathematical and computer modelling methods in order to optimize a process of layer-by-layer forming of titanium structural elements of aerospace designation by means of current xBeam 3D Metal Printer (xBeam) electron beam technologies. The results of investigations were used for temperature fields optimizing in order to provide uniform distribution on height and length of the product by selection of efficient time between deposition passes of forming beads and source alternating power. Besides, typical stress and strain fields, formed in the product during its manufacture, were shown as well as possibilities of application of processing methods for reduction of residual forming.