Применение подходов механики наращиваемых тел к прогнозированию прочности деталей, изготавливаемых методами аддитивного производства Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

макромолекулами полимера. Исследование методом ЯМР образцов ПММА, полученных полимеризацией ММА в присутствии дисиланов с алкильными заместителями, показало уменьшение в них в среднем на 3% доли синдиотактических триад по сравнению с полимером, полученным без дисиланов [2,3]. Это приводит к увеличению подвижности сегментов цепи и ведет к разрыхленности структуры полимера.

1. Тагер А.А., Гурьянова Н.М. Теплоты растворения и упаковка молекул полимеров в различных физических состояниях. Журнал физической химии. 1958. .32. 9. 1958-1962.

2. Булгакова С.А., Семчиков Ю.Д., Кирьянов К.В., Грачева Т.А., Клычков К.С. Физические аспекты влияния передатчиков цепи на свойства полиметилметакрилата.

Журнал Высокомолекулярные соединения 2008.50.7.1223-1230

3. Мялкин И.В., Булгакова С.А., Кирьянов К.В., Смирнова Н.Н. Влияние надмолекулярной структуры на энтальпии растворения полиметилметакрилата в хлороформе при 298.15 К. Журнал физической химии. 2015. 89. 1. 56-60.

ПРИМЕНЕНИЕ ПОДХОДОВ МЕХАНИКИ НАРАЩИВАЕМЫХ ТЕЛ К ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ПРОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ, ИЗГОТАВЛИВАЕМЫХ МЕТОДАМИ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Паршин Д.А.

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН, Москва, Россия

parshin@ipmnet.ru

В процессах аддитивного производства твердые тела постепенно увеличиваются в размерах за счет добавления к их поверхности новых слоев материала, деформируясь в процессе своего формирования. Это основное отличие аддитивно изготавливаемых тел от тел, уже существующих в своем окончательном материальном составе до деформации, типичных для классической механики деформируемого твердого тела (МДТТ). У любого аддитивно формируемого тела как единого целого отсутствует конфигурация, свободная от напряжений, от которой следовало бы отсчитывать традиционные меры деформации. Это значит, что задачи прогнозирования прочности деталей, изготовленных аддитивными методами, составляют особый класс задач МДТТ и обладают целым рядом специфических особенностей. Механический анализ процессов аддитивного производства должен учитывать внешние нагрузки, действующие на формируемое тело, в том числе и на каждый элементарный слой дополнительно присоединяемого материала, одновременно с учетом геометрических, кинематических и силовых особенностей последовательного присоединения данных слоев к поверхности тела. Подобная цель в принципе не может быть достигнута в рамках классической МДТТ, даже при рассмотрении традиционных уравнений и граничных условий в расширяющейся со временем области пространства. Подходы к корректной постановке и решению задач механического моделирования аддитивных процессов успешно разрабатываются в настоящее время отечественной научной школой по механике наращиваемых тел, основанной выдающимся российских ученым механиком и математиком профессором А.В. Манжировым [1-3].

В настоящей работе показаны примеры применения этих подходов к исследованию процессов аддитивного изготовления изделий, обладающих упругими или вязкоупругими свойствами, в том числе изменяющимися со временем вследствие старения. Предлагаемые неклассические механические модели позволяют прогнозировать развитие технологических напряжений в изготавливаемом изделии в процессе аддитивного производства и по его окончании при различных условиях и режимах изготовления. Получаемые распределения принципиально отличаются от определяемых из решения классических задач МДТТ распределений напряжений в аналогичных по геометрии и свойствам гипотетических изделиях, испытавших деформирующие воздействия только после изготовления. Данный факт объясняется механическими особенностями собственно аддитивного процесса и приводит к наличию остаточных напряжений в готовом изделии после его освобождения от нагрузок и связей, сопровождавших процесс изготовления. В работе находятся и анализируются распределения этих напряжений.

Исследование выполнено по тематике госзадания АААА-А17-117021310381-8 и частично в рамках проектов Российского фонда фундаментальных исследований № 17-01-00712-а, № 18-01-00920-а.

1. Манжиров А.В., Паршин Д.А. Влияние режима возведения на напряженное состояние вязкоупругой арочной конструкции, возводимой с использованием аддитивной технологии под действием силы тяжести. Изв. РАН. МТТ. 2015. 6. 69-91.

2. Паршин Д.А. Аналитические решения задачи об аддитивном формировании неоднородного упругого шарового тела в произвольном нестационарном центральном поле сил. Изв. РАН. МТТ. 2017. 5. 70-82.

3. Manzhirov A.V., Parshin D.A. Analytical solution of the mechanical problem on additive thickening of aging viscoelastic tapers under nonstationary longitudinal end forces. Engng. Letters. 2018. 26. 2. 267-275.