CC BY
24
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
УДК 621.791
К 80-ЛЕТИЮ ПРОФЕССОРА ДОКТОРА-ИНЖЕНЕРА ДИТЕРА РАДАИ - СОРУКОВОДИТЕЛЯ ПРОЕКТОВ ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ И ИМИТАЦИИ ПРОЦЕССОВ СВАРКИ
В.А. Судник, В.А. Ерофеев, A.C. Рыбаков
Представлена деятельность немецкого ученого-сварщика проф. Д. Радаи, поддержавшего в 90-е годы работы по моделированию и имитации сварочных процессов, выполнявшихся в ТулГУ на кафедре сварки группой под руководством проф. В.А Судника. Перечислены 17 книг по прочности и несущей способности сварных конструкций, а также по моделированию и имитации сварочных процессов.
Ключевые слова: персоналии, профессор Радаи, прочность и несущая способность сварных конструкций, моделирование и имитация сварочных процессов.
В этом году Международному научно-образовательному центру (МНОЦ) «Высокие компьютерные технологии в соединении материалов» ComHighTech при Тульском государственном университете исполняется 20 лет. Значительную роль в поддержке и развитии МНОЦ сыграл немецкий проф., д-р-инж. Дитер Радаи, 80-летие которого отмечает мировая сварочная общественность.
Дитер Радаи родился 4 июля 1935 г. в Берлине, вырос в Вене, Силе-зии (исторической области в Центральной Европе, большая часть которой входит в состав Польши, меньшие находятся в Чехии и Германии) и Верхней Баварии, изучал машиностроение в Техническом университете Мюнхена. Его дальнейшая деятельность проходила в три этапа [1]: 1) 10 лет работы в Институте фундаментальных исследований сельскохозяйственной техники в Брауншвейге (1959 - 1969 гг.), 2) приблизительно 3 года работы в Институте статики и динамики аэрокосмических конструкций в Техническом университете Штутгарта (1969 - 1972 гг.) и 3) почти 30 лет промыш-
3
ленной деятельности в ОАО «Даймлер-Бенц» (Daimler-Benz) и в германо-американском концерне «ДаймлерКрайслер» (DaimlerChrysler) в Штутгарте (1972 - 2001 гг.).
В Институте фундаментальных исследований сельскохозяйственного машиностроения в Брауншвейг-Фёлькенроде (Braunschweig-Völkenrode) вышли первые крупные работы Дитера Радаи. Он быстро занимает там лидерские позиции и исполняет обязанности начальника отдела. Работа и задачи института характеризуют его и его ранние научные публикации. Решение сложной задачи прочности сварных конструкций сельхозмашин, в которой необходимо учесть многочисленные переменные, такие, как форма конструкции, ее материал, производство и нагрузки, стоит перед ним в этом институте. Дитер Радаи (рис. 1) последовал в своей работе стратегии -так методично разложить сложную задачу на подзадачи, что решения подзадач всегда являются соответствующими модулями для всего решения задачи. В 1963 г. он защищает первую (кандидатскую) диссертацию [2], посвященную оценке напряжений в пластине с фронтально связанными и двусторонними прямоугольными пластинами под напряжением.
Рис. 1. Проф. д-р -инж. Дитер Радаи
Кульминационным моментом этого периода были подготовка и организация в 1968 г. Дитером Радаи в Брауншвейге национальной конференции "Оценка несущей способности сварных соединений", в которой приняли участие почти все известные немецкие специалисты того времени и труды которой изданы издательством немецкого сварочного общества в двух томах. По мнению ряда издателей, в 33 года Дитер Радаи становится экспертом в области прочности сварных соединений. в то же время в мире формируются два новых направления анализа прочности: метод ко-
4
нечных элементов (МКЭ) и механика разрушения. Дитер Радаи признает большой потенциал, заложенный в этих инструментах для решения задач прочности сварных соединений, и интенсивно занимается этими вопросами.
В связи с этим он меняет место работы и переходит в институт статики и динамики авиастроения Штутгартского технического университета (директор института проф. Аргирис). В короткий период 1969 - 1972 гг. возникает целый ряд публикаций по механике разрушения.
На этом этапе своей научной деятельности он в 1971 г. представляет в Технический университет Брауншвейга хабилитационную работу (диссертацию) по местным напряжениям в окрестности концентратора напряжений или надреза [3], и ему присваивается ученая степень хабилити-рованного доктора (лат. doctor habilitatus, нем. Dr. habil.), что соответствует российской ученой степени доктора. Позднее он назначается внештатным профессором. Длительное время Дитер Радаи является востребованным лектором по прочности из-за его особых педагогических навыков. Он получает должность преподавателя в Техническом университете Ганновера. Позже он читает гостевые лекции в университете Магдебурга и Дрезденского технологического университета, а также на семинарах в КНР.
Интересно вспомнить об установлении первых контактов профессоров Радаи и Судника. В 1991 г. немецком научно-техническом журнале «Сварка и резка» (нем. «Schweißen und Schneiden») появилась статья по моделированию сварочных ванн [4], которая заинтересовала Радаи. При подготовке доклада ко 2-му Международному семинару Международного института сварки (МИС) в Граце-Сеггау, Австрия, в 1993 г. он обратился тогда к аспиранту Дитмару Вайсу (рис. 2) с просьбой связаться с автором статьи [4] и получить некоторые недостающие параметры режима к рисункам по моделированию сварочной ванны и ее дефектов.
В 1993 г. состоялась первая встреча профессоров Дитмара Радаи и В. А. Судника (рис. 3 и 4), и был обсужден первый проект по моделированию процесса лазерной сварки. Совместная работа продолжалась затем 8 лет и охватывала лазерную и импульсно-дуговую сварку алюминиевых сплавов для автомобильной промышленности и электронно-лучевую сварку никелевых и титановых сплавов для авиационного моторостроения.
В 1972 году начинается третий период его научно-производственной деятельности в ОАО «Даймлер-Бенц» (с 1998 г. DaimlerChrysler AG) в Штутгарте. Сначала начальник отдела «Технические расчёты» отвечает за расчеты прочности и анализ вибрации, расчеты МКЭ и САПР. Позже он отвечает за научно-исследовательские проекты, включая проекты с МНОЦ: под руководством проф. В. А. Судника: лазерная сварка алюминиевых сплавов (совместно с доц. В. А. Ерофеевым), численное моделирование импульсно-дуговой сварки (совместно с доц.
А.С. Рыбаковым), численное моделирование лазерной сварки и остаточные напряжения и искажения при сварке с помощью предложенного Дитером Радаи движущегося со скоростью сварки эквивалентного источника тепла в форме поверхности солидуса свариваемого металла как результата решения термической подзадачи.
Рис. 2. Фото у памятника Отто фон Герике после защиты кандидатской диссертации Дитмара Вайса в Техническом университете Магдебурга в 1995 г. Мелким шрифтом указаны академические степени и имена участников (имя приглашенного иностранного гостя не обозначено)
Совместные проекты приносили обоюдовыгодную пользу: Для концерна «ДаймлерКрайслер»: снижение числа экспериментов для отработки сварочного процесса, уменьшение времени разработки сборочных единиц и усовершенствование качества продукта и надёжности процесса.
Внедрение: на «ДаймлерКрайслер» включали: на «Мерседес-Бенц»: лазерная сварка балок оси и узлов подвески автомобилей и на БЛ8Л-АкЬиБ: лазерная сварка угловых швов стрингеров нового фюзеляжа пассажирского самолёта А380 (рис. 5)
ТулГУ: приобретение новейшего компьютерного оборудования, получение достойной заработной платы сотрудниками МНОЦ, повышение их научной квалификации, включая защиты диссертаций под научным руководством д-ра техн. наук, проф. В. А. Судника по специальности 05.13.18 «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ»:
- аспирант Игорь Дикшев по лазерной сварке - сегодня канд. техн. наук, технический директор Научно-технического центра «Системная динамика», Москва;
- аспирант Евгений Карпухин по лазерной дистанционной сварке -сегодня канд. техн. наук, заместитель начальника отдела сервисного центра "Ясная Поляна" Сбербанка России, Тула.
по специальности 05.03.06 «Технологии и машины сварочного производства» завершил свои исследования канд. техн. наук, доц. А.С. Рыбаков, который в МАТИ им. К. Э. Циолковского защитил докторскую диссертацию по разработке концепции проектирования режимов дуговой сварки металлических конструкций. Под научном руководстве соискатель Олег Зайцев защитил кандидатскую диссертацию по проектированию режимов импульсно-дуговой сварки алюминиевых сплавов.
Разработки МНОЦ постоянно демонстрировались на различных выставках (например, рис. 5 и 6).
Рис. 3. Первая встреча с проф. Д. Радаи (в центре) у правления ОАО «Даймлер-Бенц», Штутгарт в 1994 г., справа проф. В. Судник, слева аспирант (сегодня д-р -инж., Ахен) О. Мокров
Уходя на заслуженный отдых в 2001 г., Дитер Радаи организовал в загородном Центре образования концерна «ДаймлерКрайслер» (рис. 7) научно-технологический семинар «Имитация технологий соединения - потенциалы и границы», на котором он сам сделал обобщающий доклад «Имитация температурного поля, остаточных напряжений и короблений при сварке», а Судник - по имитации сварочных процессов; по самофокусировке луча лазера при сварке с глубоким проплавлением алюминиевых
7
сплавов СО2-лазерами (совместно с В. Ерофеевым, Д. Радаи, П. Бергером и Х. Хюгелем); по имитации импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов (совместно с А. Рыбаковым, Д. Радаи и др.) и по численному моделированию лазерной наплавки порошков (совместно с В. Ерофеевым, Д. Радаи и др.).
Перевод с немецкого
ДАЩЯЕР БЕНЦ
Первому заместителю председателя государственного комитета Российской Федерации по высшему образованию
Господину проф. д-ру наук А.Н.Тихонову
ул. Люсиновская 51 113833 МОСКВА М-230 ГСП РОССИЯ
28.10.94
Глубокоуважаемый г-н профессор Тихонов,
мы с удовольствием подтверждаем, что г-н проф. д-р наук В. Судник, кафедра сварки технического университета Тулы выполняет по нашему заказу научный проект "Термодинамический анализ процесса лазерной сварки".
Г-н проф. Судник работает к нашему полнейшему удовлетворению. Мы крайне нуждаемся в результатах проекта.
По этой причине мы поддерживаем предложение проф. Судника о интеграции это общенаучных работ в новом "Международный научный центр компьютерных технологий в сварке".
Мы подтверждаем, что также и в 1995 году мы закажем проф. Суднику научный проект, финансовые рамки которого сопоставимы с условиями 1994 года.
С дружескими приветами Акционерное общество Даймлер-Бенц
Польман проф. д-р Радаи
Рис. 4. Письмо ОАО «Даймлер-Бенц» в Минвуз РФ об открытии Международного научно-образовательного центра в ТулГУ и финансовой поддержке работ группы Судника на 1995 г.
Рис. 5. «Компетентность встречает компетентность» -рекламный слоган при создании концерна «Даймлер Крайслер». Слева направо: Т. Фурих, В. Судник, П. Бергер и Д. Радаи у выставочного стенда концерна «Даймлер Крайслер» на Штутгарских лазерных днях 1999 у рабочего места с монитором для демонстрации программы ВБ-ЬЛ81М
DaimlerChrysler
Joint Pkojki
and Simulation processes
Рис. 6. Совместный проект «Моделирование и имитация сварочных процессов» концерна «Даймлер Крайслер» (проф. Д. Радаи) и ТулГУ (проф. В. Судник), представленный в 2000 г. по случаю открытия нового здания концерна в Москве, ул. Б. Ордынка, 40
Рис. 7. Загородный Учебный центр концерна <<ДаймлерКрайслер», где проходил семинар «Имитация технологий соединения -потенциалы и границы», Германия
Кроме основной научной деятельности, где Радаи стал непререкаемым авторитетом, его интересовали вопросы веры, истории и культуры разных народов мира. В 2010 г. он выпустил книгу: «Буддисты думают по-другому», в которой рассмотрел философские проблемы религиоведения.
9
В том же году при его непосредственном участии в городском музее города Bad Tölz (нем. Бад Тёльц, вблизи Мюнхена) работала специализированная выставка «Вокруг АИеЫоИ (нем., Аттенло, Германия): акварели и каллиграфия проф. Пола Хампеля. «Жизнь, работа и человек». Дед Дитера Радаи проф. Пол Хампель был художником и мастером графики. Сопроводительную книгу о нем написал Дитер Радаи. Книга была богато иллюстрирована оригинальными зарисовками проф. Пола Хампеля.
В книге Радаи «Мировоззрение в кризисе. Наука, технология и теология» говорится, что современный мир демонстрирует множество симптомов кризиса: коммерциализация большинства аспектов жизни, способствующая проникновению электронных средств массовой информации в частную жизнь, безжалостная эксплуатация природы и увеличение генетических манипуляций. Диагноз кризису ставится быстро, и имеется много поверхностных объяснений. Подходы Дитера Радаи являются более глубокими. Он доказывает, что кризис в реальном мире сопровождается кризисом в мировоззрении, в частности, в простирающемся конфликте между наукой и богословием.
Две необычные вещи должны быть упомянуты, чтобы завершить образ Дитера Радаи. С одной стороны, он создал и содержал Фонд оказания помощи нуждающимся в ней людям, особенно в странах третьего мира, включая спонсорство детям, с другой стороны, Дитер Радаи амбициозный альпинист (рис. 8).
Дитер Радаи - крупный специалист в области сварки и п роблемах несущей способности сварных соединений, объединивший высокий уровень научных исследований, практики и обучения. Его работы имеют высокую национальную и международную репутации.
а б
Рис. 8. Альпийские горы в Италии, которые покорил альпинист Дитер Радаи: а - королевский пик (нем. Kдnigsspitze) высотой 3851 м; б - Маттерхорн (нем. МаивгНогп) высотой 4478 м на границе между
Швейцарией и Италией
10
Тульский государственный университет и Международный научно-образовательный центр «Высокие компьютерные технологии в соединении материалов» еще раз благодарят г-на проф. Дитера Радаи за поддержку разработок по моделированию и имитации сварочных процессов, желают ему крепкого здоровья и творческого долголетия.
Список литературы
1. Seeger T. Herrn Professor Dr.-Ing. Dieter Radaj anlässlich der Verleihung der Erich-Siebel-Gedenkmünze am 6. Oktober 2004 // Materialprüfung. 2005. Vol. 47. № 7-8. P. 380 - 383.
2. Radaj D. Unendlich ausgedehnte Scheibe mit stirnseitig angeschlossenen, beidseitigen Rechteckpflastern unter Zugbelastung: ein Beitrag zur Spannungsermittlung. Technische Hochschule Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, 1963. 29 p.
3. Radaj D. Kerbspannungen an Öffnungen und starren Kernen: Modelle zur Festigkeitsberechnung und konstruktiven Gestaltung technischer Strukturen unter besonderer Berücksichtigung der Schweißverbindungen, Deutscher Verband für Schweißtechnik-1970. Bd. 9. 249 s.
4. Sudnik WA. Untersuchung vоп Schmelzschweißtechnologien anhand physikalisch-mathematischer Modelle // Schweißen und Schneiden, 1991. Bd. 43 (№ 10). P. 588 - 590.
Судник Владислав Александрович, д-р техн. наук, проф., w.sudnik@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ерофеев Владимир Александрович, канд. техн. наук, проф., va.erofeev@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Рыбаков Александр Сергеевич, д-р техн. наук, проф., a.rybakov@tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
TO THE 80th ANNIVERSARY OF PROFESSOR, DR.-ING., DIETER RADAJ - JOINT MANAGER OF THE PROJECTS ON THE MODELING AND SIMULSTION OF WELDING
PROCESSES
V.A. Sudnik, V.A. Erofeev, A.S. Rybakov
The personality of the german welding engineer, prof., Dr.-Ing. Dieter Radaj is presented, who in the 1990s of 20t century actively supported the work on numerical modeling and simulation of welding processes, conducted at the Tula state university under the leadership of prof. V.A. Sudnik. A list of the 17 books on the strength and load-carrying capacity of welded structures as well as modeling and simulation of welding processes written by prof. D. Radaj is introduced.
Key words: Personalia, professor Dieter Radaj, strength and load-carrying capacity of welded structures, modeling and simulation of welding processes.
11
Sudnik Vladislav Alexandrovich, doctor of technical science, professor, w.sudnik@,gmail.com, Russia, Tula, Tula State University,
Erodfeev Vladimir Alexandrovich, candidate of technical science, professor, va.erofeev@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Rybakov Alexander Sergeevich, doctor of technical science, professor, a.rybakov@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.791
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДУГОВОЙ СВАРКИ ПОД ФЛЮСОМ. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ДУГИ И ДИАМЕТРА ЭЛЕКТРОДА
В. А. Судник, В. А. Ерофеев, А.В. Масленников, Р.В. Цвелёв
Модели дуговой сварки плавящимся электродом, основой которых является система уравнений теплопроводности и равновесия поверхности сварочной ванны, неадекватны при изменении диаметра электрода и напряжения дуги. Существенное увеличение глубины проплавления при снижении напряжения дуги и диаметра электрода объяснено явлениями заглубления дуги в расплав сварочной ванны и сохранением потока капель электродного металла в придонной зоне сварочной ванны. Для учёта этих явлений предложено ввести в модель соотношения, определяющие распределение теплового потока дуги и её длины в зависимости от расстояния между концом электрода и точками поверхности сварочной ванны. Экспериментальные работы были выполнены в ОАО «Тяжмаш».
Ключевые слова: сварка под флюсом, модель процесса, влияние напряжения дуги и диаметра электрода.
Процесс сварки под флюсом и физические явления формирования шва рассмотрены в книгах [1, 2] и описаны в математических моделях [3, 4]. Рассмотрим некоторые особенности процесса, такие, как влияние диаметра электрода на формирование сварочной ванны.
В. А. Петруничев [5] показал, что степень погружения дуги несколько возрастает с уменьшением диаметра проволоки и практически не изменяется для разных марок флюса. Увеличение глубины проплавления при уменьшении диаметра электродной проволоки происходит за счёт значительного роста давления дуги. Так, уменьшение диаметра электродной проволоки с 5 до 3 мм увеличивает глубину ванны, а ширина ванны при этом уменьшается. Угол наклона передней кромки также уменьшается, и ванна вытягивается в направлении сварки. Расплавленный металл ванны интенсивнее вытесняется из-под основания дуги, дуга в большей степени погружается в основной металл и меньше блуждает по оплавляемой по-
