сотрудник
Волгодонск, Ростовская область, Россия
сотрудник
Ростов-на-Дону, Ростовская область, Россия
сотрудник
Брянск, Брянская область, Россия
сотрудник
Владимир, Владимирская область, Россия
УДК 621.787.6 при помощи ударов, струйной обработкой
ББК 345 Общая технология машиностроения. Обработка металлов
Целью исследования является разработка и верификация комбинированной конечно-элементной модели для оценки влияния волнового деформационного упрочнения (ВДУ) на напряженно-деформированное состояние и твердость сварных швов. Задача, решению которой посвящена статья является создание в среде ANSYS комбинированной модели, учитывающей этапы формирования сварного соединения и последующего динамического воздействия инструментом, а также разработка методики пересчета результатов моделирования в значения твердости. Моделирование выполнено методом конечных элементов в ANSYS Workbench с использованием модулей Transient Thermal, Static Structural и Transient Structural. Экспериментальная верификация проводилась на образцах из стали 15Х2НМФА со сварным швом из проволоки св-09ХГНМТАА-ВИ при энергиях удара 150 Дж, коэффициентах перекрытия K=0,2; 0,4; 0,6 и температурах 20°C и 200°C. Научная новизна заключается в разработке комбинированной конечно-элементной модели, впервые позволяющей в едином цикле прогнозировать формирование остаточных напряжений при сварке и их изменение под действием ВДУ, а также в установлении эмпирических зависимостей для пересчета пластических деформаций в твердость с учетом коэффициента перекрытия и температуры. Верификация модели показала высокую сходимость с экспериментом - погрешность определения размеров отпечатка составила менее 3%, средняя погрешность прогнозирования твердости не более 4,5%. Установлено, что оптимальным режимом ВДУ является обработка с K=0,6 при 200°C, обеспечивающая существенное повышение сжимающих остаточных напряжений в шве и зоне термического влияния, а также увеличение поверхностной твердости до 259 HB, что на 12,5% выше исходного значения (228 HB). Разработанная модель адекватно описывает процесс ВДУ и может быть использована для оптимизации технологических режимов упрочнения сварных соединений ответственных конструкций транспортного машиностроения.
конечно-элементное моделирование, ANSYS, сварной шов, упрочнение, напряжение, твердость, верификация, машиностроение
1. Перспективы применения волнового деформационного упрочнения сварных швов корпусов ядерных реакторов / М.Е. Жидков, А.В. Киричек, В.А. Лебедев [и др.] // Транспортное машиностроение, 2024, № 11, С. 24-30. DOI:https://doi.org/10.30987/2782-5957-2024-11-24-30.
2. Киричек А.В., Соловьев Д.Л., Лазуткин А.Г. Технология и оборудование статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 2004. 288 с.
3. Повышение контактной выносливости гетерогенным волновым деформационным упрочнением / А.В. Киричек, Д.Л. Соловьев, С.В. Баринов, Д.Е. Тарасов // Справочник по процессам поверхностного пластического деформирования / под ред. С.А. Зайдеса. Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2022. С. 438-460.
4. Буклешев Д.О., Яговкин Н.Г. Математическое моделирование образования напряжений в околошовных зонах газопроводов и их поведения при нагрузках при помощи программного продукта ANSYS // Территория «НЕФТЕГАЗ», 2016, № 10, С. 88–92.
5. Биленко Г.А., Моргунов Е.А., Коробов Ю.С. Компьютерное моделирование напряженного состояния сварного соединения из нержавеющей стали 03Х18Н9М3, выполненного многопроходной орбитальной сваркой // Сварка и диагностика, 2014, № 5 (30), С. 35–41.
6. Костичев В.Э. Повышение сопротивления усталости коленчатых валов тепловых двигателей: Дисс. … канд. техн. наук. Самара, 2017. 146 с.
7. Букатый А.С. Повышение точности изготовления ответственных деталей двигателей средствами статического и динамического моделирования: Дисс. … канд. техн. наук. Самара, 2014. 152 с.
8. Митрофанова К.С. Конечно-элементное моделирование поверхностного пластического деформирования мультирадиусным роликом // Вестник Кузбасского государственного технического университета, 2016, № 5, С. 112–118.
9. Методические указания по построению расчетных моделей кузова автомобиля / сост. А.В. Куркин, А.А. Шакиров, С.С. Загребельный [и др.]. Ульяновск: УлГТУ, 2013. 116 с.
10. Загребельный С.С., Шакиров А.А., Уланов А.М., Иванов М.А. Работоспособность сварных боковин модуля секции трамвая // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение, 2013, Т. 13, № 2, С. 88–94.
11. Сапожников С.Б., Загребельный С.С., Шакиров А.А. Релаксация сварочных напряжений при помощи глубокого пластического деформирования // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение, 2013, Т. 13, № 2, С. 81–86.
12. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009610110 Российская Федерация. Расчет параметров статико-импульсной обработки / А.В. Киричек, Д.Л. Соловьев, А.А. Жирков [и др.]. 2009.
13. Киричек А.В., Соловьев Д.Л., Афонин А.Н., Волобуев А.В. Информационно-аналитическое обеспечение упрочнения статико-импульсной обработкой / под ред. А.В. Киричека. М.: Машиностроение-1, 2009. 170 с.
14. Kirichek A., Barinov S., Yashin A. Visualization of the process of processing welds by a deformation wave // CEUR Workshop Proceedings, 2020, Vol. 2744. URL: http://ceur-ws.org/Vol-2744/short39.pdf DOI:https://doi.org/10.51130/graphicon-2020-2-4-39.
15. Kirichek A.V., Barinov S.V., Yashin A.V. et al. Evaluation of the effect of various types of tools on a weld joint during wave strain hardening // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2021, Vol. 1064, Art. 012002. DOI:https://doi.org/10.1088/1757-899X/1064/1/012002.
