CC BY
3
УДК 621.791
Крюков Д.Б., к. техн. н.
доцент
кафедра «Сварочное, литейное производство и материаловедение»
Кривенков А.О., к. техн. н.
доцент
кафедра «Сварочное, литейное производство и материаловедение»
Чугунов С.Н., к. техн. н.
доцент
кафедра «Сварочное, литейное производство и материаловедение»
Гуськов Д.О. магистрант, гр. 16 МТм1 факультет «Машиностроения и транспорта» ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет»
Россия, г. Пенза
АСПЕКТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ НОВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ АРМИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ УПРОЧНЯЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
Kryukov D.B., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Associate professor of the department "Welding, Foundry and Materials
Science"
FSBEIHE "Penza State University"
Russia, Penza
Krivenkov A. O., Candidate of technical sciences, Associate Professor Associate professor of the department "Welding, Foundry and Materials
Science"
FSBEI HE "Penza State University"
Russia, Penza
Chugunov S.N., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Associate professor of the department "Welding, Foundry and Materials
Science"
FSBEI HE "Penza State University"
Russia, Penza Guskov D.O. Graduate student
Gr. 16 МТм1, faculty of "Machine building and transport"
FSBEI HE "Penza State University"
Russia, Penza
ASPECTS OF MODELING OF NEW COMPOSITE REINFORCED MATERIALS WITH INTERMETALLIC SIMPLE ELEMENTS Аннотация: В статье рассматривается эффективный способ создания изотропных по механическим свойствам композиционных материалов на
основе титана и алюминия. Рассмотрен новая схема упрочнения композиционного материала на основе предварительного математического моделирования в программе Cosmos Works.
Ключевые слова: математическая модель, композиционный материал; армирование; упрочняющий элемент.
Abstract: The article discusses an effective way to create isotropic mechanical properties of composite materials based on titanium and aluminum. Describes a new scheme of hardening of the composite material on the basis of preliminary mathematical modeling in the program Cosmos Works.
Keywords: mathematical model; composite material; reinforcement; reinforcement element.
Многослойные композиционные материалы (МКМ) являются представителем такого рода материалов, которые сочетают в себе большинство преимуществ составляющих их компонентов и лишены недостатков, присущих каждому из них в отдельности [1]. Перспективным способом упрочнения такого рода композиционных материалов является использование армирующих промежуточных слоев из более прочных материалов. С учетом того, что геометрические параметры и конфигурация промежуточного армирующего слоя оказывает влияние на характер физико-механических свойств композиционного материала, авторами был проведен анализ, в ходе которого было установлено, что наиболее рациональным с точки зрения перераспределения внутренних напряжений в композиционном материале является использование перфорированных промежуточных армирующих слоев [2, 5].
Целью исследований являлась разработка нового способа изготовления изотропных по механическим свойствам МКМ на основе титана и алюминия. Исследования выполнялись за счет средств гранта Российского научного фонда (соглашение № 14-19-00251 от 26 июня 2014 года).
В основу разработки новых МКМ положен принцип синтеза интерметаллического слоя заданного состава и толщины на границах прочного соединения матрицы и упрочняющего перфорированного элемента за счёт теплового воздействия на заключительной операции изготовления детали или конструкции [3,4].
С целью оценки комплекса механических свойств МКМ системы Ti-Al было выполнено математическое моделирование данного материала в программе Solid Works. Программный продукт Solid Works позволяет моделировать реальное приложение нагрузки к рабочим поверхностям композита, а также позволяет учитывать глобальный контакт между поверхностями листовых материалов внутри композиционного материала. Была создана модель МКМ с геометрическими параметрами слоев, приведенными в таблице 1, в соответствии с ГОСТ 1494-84.
Таблица 1. Состав и геометрические характеристики моделируемого
МКМ
Материал Геометрические параметры образцов, мм Геометрические параметры упрочняющих элементов, мм
Слоистый КМ с перфорированным упрочняющим слоем (ВТ1-0 - TiAl3 - АМг5М -TiAl3 - ВТ1-0) 7x20x240 (3-0,1-0,8-0,1-3 -толщина слоев соответственно) Диаметр перфорации - 10; Межосевое расстояние - 15
Для последующего расчета были заданы необходимые исходные физико-механические характеристики компонентов МКМ (таблица 2).
При определении механических свойств МКМ для моделирования процесса нагружения при одноосном растяжении в программе Solid Works была построена сетка конечных элементов с учетом условий глобального контакта соединяемых поверхностей без проскальзывания при испытаниях.
Таблица 2. Основные физико-механические характеристики материалов, составляющих МКМ
Материал Свойства материала
Предел прочности, ов, МПа Предел теку-чести, от, МПа Коэффициент Пуассона, и ТКЛР, а, 10-6°С Плотность, р, кг/м3 Микротверд ость, МПа
Сплав ВТ1-0 345,0 220,0 0,34 8,6 4510 147
Сплав АМг5М 275,0 205,0 0,33 23,6 2690 82
Интерметалл ид TiAl3 1200,0 980,0 0,33 - 3300 2300
Для монометалла сетка создана с шагом 0,1 мм2, количество узлов 75000, для армированного МКМ сетка создана с шагом 0,1 мм2, количество узлов 117000. Величина механических свойств, исследуемых МКМ, полученных в ходе компьютерного моделирования приведена в таблице 3.
Таблица 3. Механические свойства МКМ, полученные в ходе компьютерного моделирования_
Материал Плотность р, кг/м3 Предел прочности, ов, МПа Коэффициент запаса прочности Удельная прочность ов/pg, км
Слоистый КМ с перфорированным упрочняющим слоем (ВТ1-0 - TiAl3 -АМг5М - TiAl3 -ВТ1-0) 4250 622,0/622,0* 0,73 14,41
Примечание * - значения получены на образцах, испытанных во взаимно перпендикулярных направлениях.
На основании результатов компьютерного моделирования МКМ, установлено, что предел прочности МКМ с интерметаллической перфорированной двухслойной прослойкой Т1Л13, по сравнению с
материалом матрицы, увеличивается на 46 % с обеспечением изотропности.
Разработанный принцип синтеза интерметаллического слоя заданного состава и толщины на границах прочного соединения матрицы и упрочняющего элемента за счёт теплового воздействия на конечной операции изготовления детали или конструкции может быть успешно применён при создании МКМ другого состава.
Использованные источники:
1. Арзамасов Б. Н., Макарова В. И., Мухин Г. Г. Материаловедение: учеб. для вузов / 5-е изд. стер. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. - 648 с.
2. Григолюк Э. И., Фильштинский Л. А. Перфорированные пластины и оболочки / М.: Наука, 1970. - 556 с.
3. Первухин Л.Б., Крюков Д.Б., Кривенков А.О., Чугунов С.Н. Разработка новых схем армирования композиционных материалов на основе интерметаллического упрочнения // Металлург. №7. 2016. С. 85-87.
4. Первухин Л.Б., Крюков Д.Б., Кривенков А.О., Чугунов С.Н. Кинетика диффузионных процессов протекающих в композиционном материале титан-алюминий // Металлург. №9. 2016. С. 101-103.
5. Способ получения композиционного материала: Патент на изобретение, Рос. Федерация №2522505 / Розен А.Е., Крюков Д.Б., Кирин Е.М., Гуськов М.С., Хорин А.В., Усатый С.Г., Любомирова Н.А.; патентообладатели: Общество с ограниченной ответственностью Инженерно-Технологический центр «Сварка»; дата поступл.: 26.04.2013; дата регистрации: 20.05.2014.
УКД 621.165
Кувардина Е.М., к.техн.н.
доцент
кафедра «Теплогазоводоснабжения»
Махова А.В. студент магистратуры специальность Строительство Юго-Западный государственный университет
Россия, г. Курск
ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК НА МЕХАНИЧЕСКИЕ ЧАСТИ
ТУРБОАГРЕГАТА
Анатация:
Статья посвящена изучению и выявлению предельных значений напряжения сжатия и растяжения металлов, что влечет за собой разрушение турбоагрегата в период нестационарной работы. В результате расчетов была построена зависимость тепловых потоков, вызывающих напряжения сжатия и растяжения металлов в зависимости от времени действия для различной величины критической трещины.
Ключевые слова: напряжения сжатия и растяжения, турбоагрегат, тепловые нагрузки.
