CC BY
30Решетневскце чтения
УДК 539.374
Н. Н. Ишенина ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Красноярск
Г. Г. Крушенко
Институт вычислительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск
ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ПУСТОТЕЛЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Описаны технологии, способы и средства получения пустотелых металлических материалов и их применение в технике.
Несмотря на имеющуюся совершенно верную информацию об отрицательном влиянии на свойства металлоизделий присутствующих в них пустот различного происхождения (газовая пористость и др.), существуют технологии, с помощью которых, напротив, в изделиях специально формируют пустоты/ячейки/поры. В частности, к таким материалам относятся так называемые пенометаллы (metallic foams - от способа их получения путем вспенивания [1]), или ячеистые металлы (cellular metals [2]), а также пористые металлы (porous metal materials [3]).
Пенометаллы (ПМ) и другие пористые материалы с ячеистой структурой обладают благоприятным сочетанием физических и механических характеристик. В сочетании с низким удельным весом, высокой жесткостью, способностью поглощать энергию удара и вибрацию и высокой технологичностью, допускающей возможность формировать из них объемные конструкции, изделия из ПМ применяют в авиастроении [4], в автомобилестроении [5] и в других отраслях машиностроения [6] - в аэрокосмической отрасли в виде титановых и алюминиевых «сэндвичей», в судостроении и др.
Существует ряд технологий получения ПМ [7], например, путем прямого введения газа (воздуха, азота, аргона) в жидкий металл. По другой технологии пенометалл получают введением в расплав реагентов-порофоров - (порофор - blowing agent - вспенивающее вещество), например TiH2 при получении ПМ из сплава Al - 12,0 % Si [8].
Исходя из анализа имеющейся информации на первом этапе нами была проведена работа [9] по получению пеноалюминия с использованием в качестве порофора по аналогии с работой [10] крошки Саяногорского мрамора с размерами частиц порядка 100 мкм.
На типичном образце полученного пеноалюминия (см. рисунок) преобладает сферическая форма пор, их размеры находятся в интервале 0,5...10,0 мм, при этом поры равномерно распределены по объему металла. Кажущаяся плотность образцов составляет 0,83 г/см3, пористость ~70 %.
При этом механические свойства пенометаллов определяются количеством, размерами, формой и характером распределения пор по объему. Но так как процесс порообразования не поддается управлению
технологическими параметрами, то невозможно получить пеноизделия с одинаковыми размерами пор и их закономерным распределением в объеме металла, а, следовательно, и изделия с близкими характеристиками механических свойств. Тем не менее представляется возможным спрогнозировать свойства ПМ с использованием математически точного метода случайных секущих [11] для подсчета количества и размеров пор, что можно определить на шлифе пенома-териала. В результате оценки пористости на нескольких сечениях образцов можно оценить количество, размеры и распределение пор в объеме металла.
Образец пеноалюминия марки А7. Размер 40x35x35 мм
На втором этапе с использованием полученных данных при помощи метода конечных элементов в программном пакете MSC NASTRAN можно выполнить численное моделирование механических свойств пористых металлов с закрытыми порами [12].
Библиографические ссылки
1. Banhart J. Manufacturing routes for metallic foams // J. of metals. 2000. Vol. 52. P. 22-27.
2. Saenz E., Baranda P. S., Bonhomme J. Porous and cellular materials for structural applications // Materials Research Society Symp. Proc. / ed. D. S. Schwartz,
D. S. Shih, A. G. Evans, H. N. G. Wadley. 1998. Vol. 521. P. 83.
3. Fractal dimension of pore-structure of porous metal materials made by stainless steel powder / H. P. Tang, J. Z. Wang, J. L. Zhu et al. // Powder Technology. 2012. Vol. 217. P. 383-387.
4. Aluminium foams as a filler for leading edges: Improvements in the mechanical behavior under bird strike impact tests / J. A. Reglero, M. A. Rodriguez-Perez,
E. Solorzano, J. A. de Saia // Materials and design. 2011. Vol. 32. № 2. P. 907-910.
Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты
5. Ершов М. Ю., Лепешкин И. А. Вспененный алюминий в автомобилестроении // Автомобильная промышленность. 2010. № 10. С. 36-39.
6. Авдеенко А. М., Крупин Ю. А. Сильнопористые структуры - новый класс конструкционных материалов // Тяжелое машиностроение. 2008. № 7. С. 18-21.
7. Banhart J. Manufacture, characterisation and application of cellular metals and metal foams // Progress in Materials Science. 2001. Vol. 46. P. 559-632.
8. Kovacik J., Simancik F. Comparison of zinc and aluminium foam behaviour // Kovove materially. 2004. Vol. 42. № 2. P. 79-90.
9. Крушенко Г. Г., Редькин В. Е., Ардамин В. А. Технологии получения и применение пенометаллов в технике // Проблемы разработки, изготовления и эксп-
луатации ракетно-космической и авиационной техники : материалы VI Всерос. науч.-техн. конф. Омск, 2011. С. 116-118.
10. Manufacturing of Al-Mg-Si alloy foam using calcium carbonate as foaming agent // L. E. G. Camb-ronero, J. M. Ruiz-Roman, F. A. Corpas, J. M. Ruiz Prieto // J. of Material Processing Technology. 2009. Vol. 209, № 4. P. 1803-1809.
11. Салтыков С. А. Стреометрическая метало-графия. М. : Металлургия, 1976.
12. Золотухин А. В., Садовский В. М. Численное моделирование свойств пористых металлов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых специалистов : в 2 т. Т. 1. Красноярск, 2011. С. 138-139.
N. N. Ishenina
JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk
G. G. Krushenko Institute Computational Modeling SB RAS, Russia, Krasnoyarsk
MANUFACTURING AND APPLYING THE HOLLOW METAL MATERIALS
The technologies, methods and means of producing and applying the hollow metal materials in engineering are
described.
© HmeHHHa H. H., KpyiHemo r. r., 2012
УДК 629.78
В. В. Кольга, Д. А. Литвяков, А. С. Суханов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
АВТОМАТИЗАЦИЯ ВЫБОРА ОСНОВНЫХ ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ РАКЕТЫ
Рассматривается решение задачи выбора основных проектных параметров ракеты путем автоматизации расчета с помощью программы на ЭВМ.
Актуальным, в связи с нынешним положением дел в мире, становится процесс проектирования и конструирования ракет. Каждая современная развитая страна стремится иметь собственные средства доставки грузов не только в космос, но и в любую точку мира.
В странах Ближнего и Дальнего Востока полных ходом идут разработки баллистических ракет (БР) малой (до 1 000 км) и средней (до 5 500 км) дальностей. Например Индия успешно выполнила стрельбо-вое испытание ракеты «Агни-4» с дорожной мобильной пусковой установки дальностью 4 000 км с территории острова Вилер у побережья Одиша. Иран заявил об успешном испытании четвертого поколения управляемой ракеты «Фатех 110». Южная Корея закупит 900 новых БР малой дальности в период с 2013 по 2017 гг. Китай в июле провел успешное испытание новейшей ракеты межконтинентальной дальности
«Дунфэн-41». «Дунфэн-41» является мобильным комплексом, очень сходным по внешнему виду с российским «Тополем». В нашей стране с 2011 г. идет разработка новой жидкостной межконтинентальной баллистической ракеты (МБР). Новая ракета должна будет заменить самую тяжелую в мире баллистическую ракету Р-36М2 «Воевода», известную на Западе как 88-18 «Сатана». Предполагается, что она как «Сатана» будет шахтного базирования.
Однако научно-производственный потенциал стран направлен не только на изготовление средств доставки полезного груза (ПГ), но и на создание средств противоракетной обороны (ПРО). В этой области активные исследования и разработки проводят США, которые активно развивают ПРО «Эгида», вооруженную противоракетами 8М-2, 8М-3 и их модификациями.
