CC BY
5
УДК 004.855.5
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-9-366-371
ПРОГРАММНО-РАСЧЕТНЫЙ КОМПЛЕКС ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ
ПЛАЗМЕННОГО ПОКРЫТИЯ
Е.К. Савич, И.А. Докукина, Д.В. Антипов
Проведено моделирование нагрева, плавления и деформации частиц порошкового материала, используемого для нанесения теплозащитных покрытий на детали газотурбинных двигателей. Разработан программно-расчетный комплекс, для определения параметров технологического процесса, необходимых для формирования плазменного покрытия.
Ключевые слова: программно-расчетный комплекс, технологический процесс, плазменное покрытие.
Плазменное нанесение специальных защитных покрытий находит все более широкое применение для повышения ресурса и надежности деталей газотурбинных двигателей. В качестве плазменных теплозащитных покрытий широко используются двухслойные покрытия, состоящие из внешнего (керамического) слоя и внутреннего (металлического) подслоя. При формировании плазменных покрытий особое внимание уделяется обеспечению высокого качества теплозащитных покрытий, основы, которого закладываются на этапе конструирования покрытия, с целью обеспечения требуемых свойств.
Используя анализ видов и последствий потенциальных отказов конструкции (в соответствии с методикой DFMEA (AIAG & VDA FMEA -2019) выявлены приоритеты проведения действий для устранения рисков возникновения отказов теплозащитного покрытия и определены мероприятия по предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов покрытий. К мероприятиям по повышению качества теплозащитных покрытий относятся:
- исследование влияния гранулометрического состава порошка на качество покрытия;
- моделирование нагрева и плавления напыляемого порошкового материала в плазменной струе;
- разработка способа нанесения покрытия для получения необходимой структуры теплозащитного покрытия, на основе исследования прочностных свойств покрытия слоистой структуры.
Для повышения качества теплозащитного покрытия проведено исследование влияния гранулометрического состава порошка на качество покрытия, основанное на исследовании движения частиц в плазменной струе методом скоростной видеосъёмки. Замерялась скорость частиц на расстоянии 60 и 80 мм от среза сопла. Исследования показали, что скорости различных частиц порошка при полете в плазменном потоке меняются по сечению и составляют от 90 до 150 м/с. Это доказывает наличие сепарации частиц порошкового материала в плазменной струе. Исходя из полученного результата, делаем вывод, что частицы порошка, имея различные размеры, перемещаясь в плазменной струе, разгоняются до различных скоростей, а также имеют различные траектории движения; различное время находятся в высокотемпературной части плазменной струи; и, как следствие, нагреваются до различных температур. В результате частицы порошкового материала, при формировании покрытия, имеют различную степень про-плавленности и деформации.
Для анализа степени проплавленности частиц проведено моделирование нагрева и плавления напыляемого порошкового материала в плазменной струе с использованием программного обеспечения ANSYS. В результате моделирования получены зависимости температуры напыляемой частицы от времени её нахождения в плазменном потоке (рис. 1). Полученные зависимости позволили установить объёмную степень проплавленности частиц, что невозможно определить численными методами. Установлено, что частицы диаметром:
- до 10 мкм полностью достигают температуры испарения,
- от 10 до 20 мкм полностью расплавляются;
- от 20 до 60 мкм расплавляются на глубину от 40 до 60%, при этом их сердцевина остается в твердой фазе,
-более 80 мкм проплавляются на глубину всего от 20 до 27%, оставаясь в большей степени не расплавленными твердыми частицами.
О.ООЕ+ОО 1,(101-01 2,0П!-04 3,00!-01 1.О0Е-О1 5,00! -04 6.00Е-04 7.00Е-04
Время, с
Рис. 1. Зависимость температуры частицы диаметром 60 мкм от времени её нахождения в плазменном потоке: 1 - поверхность частицы; 2 - слой частицы, находящийся между поверхностью и ее центром; 3 - ядро частицы
Данные моделирования подтверждены экспериментальными исследованиями степени проплавления частиц методом напыления в воду. Результаты металлографического исследования расплавленных частиц порошка представлены на рис. 2.
а б в
Рис. 2. Металлографическое исследование частиц порошка диаметром менее 40 мкм (а), диаметром от 40 до 60 мкм (б) и диаметром более 60 мкм (в) после нагрева
в потоке плазмы
Из проведенного исследования видно, что все частицы достигли температуры плавления, но частицы диаметром от 20 до 40 мкм являются затвердевшими жидкими каплями; частицы диаметром от 60 до 80 мкм по структуре близки к частицам исходного порошка, т.е. эти частица практически совсем не были нагреты плазменной струей до температуры плавления. Частицы размером от 40 до 60 мкм оплавились, при этом частицы меньшего размера оплавились на большую глубину, чем частицы большего размера.
На основе полученных результатов, используя программный продукт ANSYS, смоделированы покрытия, нанесенные порошковым материалом различной грануляции, с учетом наличия после напыления двух фаз: внутренней - твердой не расплавленной и внешней - закристаллизовавшейся расплавленной (рис. 3).
Место за крепления образца
Шкала напряжений
Рис. 3. Модель напряженно-деформированного состояния покрытия
367
Для оценки напряжений в зависимости от размера частиц введен параметр к, равный отношению диаметра частицы к её высоте:
к = ^.
К
Моделирование нагружения образца с покрытием позволило получить зависимость максимальных напряжений в образце от параметра к (рис. 4). Наилучшим образом нагрузке противостоит покрытие с параметром к в диапазоне от 4,3 до 5,3. Чтобы обеспечить в сформированном слое заданную степень упорядоченности покрытия необходимо выделить узкую фракцию порошка для напыления и определить технологические параметры процесса нанесения покрытия, необходимые для нанесения покрытия требуемой структуры, соответствующей максимальной прочности.
с 700
к"
| 600
I
с
* 500 400 300 200
0 2 4 6 8 10
Рис. 4. Зависимость максимальных напряжений в образце от параметра к
Однако в настоящее время расчет технологических режимов процесса напыления для получения покрытий требуемого качества проводится вручную. Данный расчет является ресур-созатратным, так как для получения покрытий требуемой структуры необходимо учесть большое количество параметров процесса. Для автоматизации выбора параметров процесса напыления, необходимых для формирования плазменного покрытия требуемой конструкции разработан программно-расчетный комплекс, в основе которого использованы известные математические соотношения определения траектории, скорости и температуры частиц при формировании покрытия методом плазменного газотермического напыления.
Для варьирования параметрами плазмы, используемой для напыления, перед началом расчета к программе присоединяются файлы с характеристиками состава плазмообразующих газов в зависимости от температуры на данном участке: плотность газа плазмы, динамическая вязкость и теплопроводность. Также задаются характеристики напыляемого материала и грануляция частиц порошка, используемого для напыления покрытия. Также при проведении расчета задается правая граница расчета струи и величина интервала, в котором параметры плазмы считаются постоянными.
Для расчета скорости и температуры частиц различного диаметра к моменту их подлета к напыляемой поверхности необходимо рассчитать траектории их полета, а затем по времени их нахождения в ядре и рассчитанных участках плазменной струи определить их скорость и температуру.
В результате проведения данных расчетов строятся графики траекторий частиц различного диаметра и их скоростей.
Расчет траекторий и скоростей частиц порошка оксида циркония дисперсности от 10 до 80 мкм при их полете в потоке плазмы представлен на рис. 5 и 6, соответственно.
При полете частиц в ядре струи температура плазмы считается постоянной, в то время как параметры плазмы за ядром струи меняются. Следовательно, в программно-расчетном комплексе производится расчет температуры частицы на выходе из ядра струи, в зависимости от времени ее нахождения в ядре струи, а также в зависимости от траектории движения частицы заданного диаметра на заданном технологическом режиме и температуры плазмы вдоль каждой точки ее траектории рассчитывается температура частицы за ядром струи. Расчет температур частиц порошка представлен на рис. 7.
1м . ......II
ППГГЙ?} Й7.3 Ю1Н
июль» ДМ .4 Ч.ТЯЗ
ОКЙ»З» 1йз лл»
моюот 103.5 о.ин
игам« я)«
Рис. 5. Расчет траекторий частиц порошка оксида циркония дисперсности от 10 до 80 мкм при их полете в потоке плазмы
«п 1У-** . 1
0 ОШСЫ о ото? Л1.47 меж <1 оац«Э нею 015» :мп Ш)
? шею ашк югз 0.(Е<Ы) «21« 0 ш оемке »до 02971 1Й.Э МОП 1И5 ази?? 0.1«»
.! ишак С став 5117 пстаз! ОрПЕЁЭБ ООП 0475 33 И 010»
ОГШВ
П |*п«ст* »гЛчЗ
<Г/и}
|ПШ
кыйгс |0.0055
«лн [о/юг
Щ
Т-О-К. |1ЙП0
|0 001
|ооа
|гз?з [ОЙГ
\Dccunarti V
Рис. 6. Расчет скоростей частиц порошка оксида циркония различной дисперсности
при их полете в потоке плазмы
Рис. 7. Расчет температуры частиц порошка оксида циркония различной дисперсности
при их полете в потоке плазмы 369
Нажатием клавиши на нужную грануляцию частиц раскрывается таблица расчета траекторий, скоростей и температуры для этой грануляции (рис. 8).
Г 7Г Трлгшо 1|>|[|1 ЧЯ1. IMU вен
ОЛМОТЗ 0,00009
¡244
Пщтвстк rw*. vMi
ь.и2/е JD.C055
|770
]йгй
)испг
|одав •(С.м JÖÜQ6
¡5
«то.к fwüT™
Joom
|U,IJXPJJI3
■PAI imvuaucm
|1723
(53"
LI с nter** и jy i,r ати 4«m*is0 Чклм 1 [чдоч*? ЧКПиАЭ 4aCtma4
|D4>KijiwrJi an}_|
JE
I T. | Г0 [ Tffг.ц .• | 1 e-n.vvct-^jc'r xfji»j_| D; j tgr« n
0.ШЛ11Э 1плп D,I an nun
0 0001585 10Л0 01451 0.0Л
о.адпн« тле о.гз» о.йл
00002246 10710 0J7t7 S.07I
000291$ 10710 OLÄH МП
unjcii- 0П737
0.05007 o.osw
n.[fi№ WWW
0.135007 Q.04706
OOS«? IWMSJ
П IPil H
OOG123 D.IKiU 00744D
Ü073W
t вйакй <Vc I Vt »OiVOiL tVc I У-н/t I йыы»i с |i.
-0 0002367
о,оогм8
осдалу о.оогсы
IIUilHH 0.001001 0ДО167? 0001556 0.00l*4b О £013*7 UQUK'bh
ÜJÖDUn U.OTIÜ53 0.Q&1Q22 O.OOOÄ53 I)lD№SI7 0.00063®
0.00073Э5 O.OOOC5I5
ПП1Е111/
Q.COOS72 И.0<№>Ш 0.0005Ö27 0.0W7M oouvm« 0,000410
0,1« 0.10» 0,1119
0.1141 Ü11i» 0.11Й1 0.1 IM ВЛПЬ 0.123t 0.1 ?*S 0.1259 Ü.12W 0.1283 0.1 ZW 0.1304 0,1314 0.1Ш 0133t 0.10* 0.1347 П.1363 0 1» 0.1 s®
0.1372 0,1377 0.13» 0,1357 O.l »I 0,13»
0,024*2 0.02Я2
0.00011S7 0,02642
Й.пгюяа? Ort»«
0-0002W МЯК
допета? a.mv
О.ОООЗОИ ооэыг
□ 1114*41 D.IISI4?
00005007 0.03242
оокка a.sem?
ООССЫ2 0.03442
О.ОШ6ДО a.tt)S4?
0.00072* 0.03C42
ОДДО749 (МД/42
OOOOKS2 0.03S42
0.0000813 0,039(2
O.OOCÄÖ9 Q.iHiM?
ОМВЭ062 0.04142
о imi№ u iUl'4;'
О ОО HB 0 . 04 У 2
ПИП 1*5 П.П444Г
О 001193 0.04542
ОПп.1** п.Гиы?
OOOt2W 0.04742
0,00134% Q,Ü4!M2
OOOt3Ä 0.04442
0.0014*6 0.WM2
О.ПП14* Q.05I4?
0,0015« 0,05242
ы.* j»; П.
0.000331 O.WK« OöOfiiei
оооозоо 1Д39
0Д№4& 1.Щ7
OOOC5W 1055 1053
1,025
1,043
1.074
Рис. 8. Вывод табличных значений
Разработанный программный комплекс позволяет моделировать процесс транспортировки и нагрева напыляемого материала плазменным потоком в широких пределах, меняя параметры плазмы и характеристики напыляемых порошков. Также данный программный комплекс используется для расчета деформации частиц при нанесении покрытий, что в свою очередь влияет на структуру покрытия (рис. 9).
Рос чет ¿»формаций
да TIC ЗЯ г» w 54 да
Рис. 9. Форма расчета деформаций
Полученные, с помощью программно-расчетного комплекса, данные используются для определения технологических параметров процесса нанесения теплозащитных покрытий методом плазменного газотермического напыления для получения покрытий высокого качества.
Савич Екатерина Константиновна, аспирант, ассистент, savich.ekaterina@mail.ru, Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
Докукина Ирина Александровна, канд. техн. наук, доцент, dokukina.ia@ssau.ru, Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева,
Антипов Дмитрий Вячеславович, д-р техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, con-expert@mail.ru, Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
SOFTWARE COMPLEX FOR DETERMINING THE PARAMETERS OF THE TECHNOLOGICAL PROCESS NECESSARY FOR FORMING A PLASMA COATING
E.K. Savich, I.A. Dokukina, D.V. Antipov
Simulation of heating, melting and deformation of particles of powder material used for applying heat-protective coatings on parts of gas turbine engines has been carried out. A software and computational complex has been developed to determine the parameters of the technological process necessary for the formation of a plasma coating.
Key words: software and computational complex, technological process, plasma coating.
Savich Ekaterina Konstantinovna, postgraduate, savich.ekaterina@mail.ru, Russia, Samara, Samara National Research University named after academician S.P. Queen,
Dokukina Irina Aleksandrovna, candidate of technical sciences, docent, dokuki-na.ia@ssau.ru, Russia, Samara, Samara National Research University named after academician S.P. Queen,
Antipov Dmitriy Vyacheslavovich, doctor of technical sciences, docent, head of department, con-expert@mail.ru, Russia, Samara, Samara National Research University named after academician S.P. Queen
УДК 004.891.2
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-9-371-373
ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БАЗ ДАННЫХ
И.Н. Набродова, Г.А. Кузнецов
Целью исследования является изучение и определение ключевых пунктов оптимизации баз данных для повышения их производительности на нагруженных проектах.
Ключевые слова: база данных, индекс, корреляционный запрос, хранимая процедура, триггер, временная таблица.
Системы управления базами данных предоставляют возможность не только хранить и управлять данными, но и исполнять пользовательский код на сервере. Примером могут выступать хранимые процедуры и триггеры. Но при том, что это достаточно популярная практика, одна операция изменения данных может привести к вызову нескольких хранимых процедур по цепочке и приведет к нежелательным блокировкам [1].
Примером может служить каскадное удаление данных из таблиц реляционных баз данных, когда исключение одной строки приводит к удалению связанных записей в таблицах (рис. 1).
SALTER TABLE [dbo].[Client] WITH HOCHECK ADD CONSTRAINT [FK_Orders_Clients] FOREIGN KEY([OrderlD]) REFERENCES [dbo] [Orders] Id OfJ DELETE CASCADE
Рис. 1. Добавление каскадного удаления строк 371
