ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ФОРМИРУЕМОМ МЕТАЛЛИЧЕСКОМ СЛОЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОДВИЖНОГО ЛАЗЕРНОГО ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ (2024)
Рассматривается быстропротекающий трехмерный процесс консолидации слоя металла, сформированного с использованием аддитивной лазерной технологии. В основу математической модели положены уравнения равновесия с вязкоупрогопластической реологической моделью и уравнение энергии с учетом диффузионных, конвективных и радиационных потерь. Численное решение задачи производится методом конечных элементов с использованием адаптационного алгоритма построения сеточной области в функции от градиента температуры в несвязанной постановке с решением дискретных уравнений нестационарной теплопроводности и термомеханики. Алгоритм учитывает движение источника тепла с заданной скоростью путем применения технологии «исключения» и последующего «возрождения» части материала. Непрерывное наращивание материала производится дискретно, на каждом шаге расчета, соответствующем «возрождению» очередной подобласти из «исключенных» элементов. Проводится верификация и валидация численного алгоритма. Показано влияние последовательной стратегии наращивания пяти слоев металла на распределение эффективных напряжений.
Идентификаторы и классификаторы
Моделирование термомеханических процессов при затвердевании металла в процессе производства изделий по технологии лазерного наращивания слоев имеет важное значение для различных отраслей, таких как космическая, автомобильная, медицинская. При затвердевании в металле протекают сложнейшие физические, диффузионные, химические, металлургические и структурные процессы.
Список литературы
-
Арутюнян Н.Х., Манжиров А.В., Наумов В.Э., Контактные задачи растущих тел, Наука, М., 1991, 176 с.
-
Арутюнян Н.Х., Дроздов А.Д., Наумов В.Э., Механика растущих вязкоупругопластических тел, Наука, М., 1987, 471 с.
-
Lindgren L.E., “Finite Element Modeling and Simulation of Welding Part 1: Increased Complexity”, Journal of Thermal Stresses, 24:2, (2001), 141-192.
-
Gusarov A.V., Pavlov M., Smurov I., “Residual Stresses at Laser Surface Remelting and Additive Manufacturing”, Physics Procedia, 12, (2011), 248-254.
-
Chekhonin K.A., Vlasenko V.D., “Numerical Modeling of Compression Cure High-Filled Polymer Material”, Journal of Siberian Federal University. Mathematics & Physics, 14:6, (2021), 805-814. EDN: PAXOCM
-
Чехонин К.А., Власенко В.Д., “Градиентный алгоритм оптимизации температурно-конверсионной задачи при отверждении высоконаполненных полимерных материалов”, Информатика и системы управления, 4:62, (2019), 58-70. EDN: HFQDNB
-
Chekhonin K.A., “Current state and development of the theory of curing high-energy composite polymer materials”, Journal of Siberian Federal University. Mathematics & Physics, 17:1, (2024), 106-114. EDN: XAVUHQ
-
Chekhonin K.A., Vlasenko V.D., “The Role of Curing Stresses in Subsequent Response and Damage of High Energetic materials”, Journal of Physics: Conference Series, The conference on High Energy Processes in Condensed Matter (HEPCM)-2021, 2021, 55-63.
-
Bulgakov V.K., Chekhonin K.A., “Modeling of a 3D Problem of compression forming system “Composite shell - low compressible consolidating Filler”, J. Mathematical Modeling, 4, (2002), 121-131. EDN: XZHUZV
-
Mirkoohi E., Dobbs J.R., Liang S.Y., "Analytical modeling of residual stress in direct metal deposition considering scan strategy", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 106, (2020), 4105-4121. EDN: GJITMK
-
Чехонин К.А., "Микромеханическая модель высокоэнергетического материала при отверждении", Дальневосточный математический журнал, 22:1, (2022), 119-124. EDN: GBCNJF
-
Чехонин К.А., "О термодинамической согласованности связанной модели отверждения эластомера при конечных деформациях", Дальневосточный математический журнал, 22:1, (2022), 107-118. EDN: UJDBQR
-
Булгаков В.К., Чехонин К.А., Основы теории метода смешанных конечных элементов, Изд-во Хабар. техн. ун-т, Хабаровск, 1999, 357 с.
-
Baiges J., Chiumenti M., Moreira C.A., Cervera M., "An Adaptive Finite Element strategy for the numericalsimulation of Additive Manufacturing processes", Additive Manufacturing, 37, (2021), 101650:1-101650:13.
-
Roberts I.A., Wang C.J., Esterlein R., Stanford M., "A three-dimensional finite element analysis of the temperature field during laser melting of metal powders in additive layer manufacturing", International Journal of Machine Tools & Manufacture, 49, (2009), 916-923. EDN: MKRVQN
-
Caiazzo F., Alfieri V., "Simulation of Laser-assisted Directed Energy Deposition of Aluminum Powder: Prediction of Geometry and Temperature Evolution", Materials, 12, (2019).
-
Li Z., Li B.-Q., Bai P., Liu B., "Research on the Thermal Behaviour of a Selectively Laser Melted Aluminium Alloy: Simulation and Experiment", Materials, 11, (2018).
-
Mukherjee T., Debroy T., Theory and Practice of Additive Manufacturing 1st Edition, Wiley, 2023.
-
Staron P., Vaidya W.V., Kocak M., "Precipitates in laser beam welded aluminum alloy AA6056 butt joints studied by small-angle neutron scattering", Science and Engineering: A, 525, (2009), 192-199. EDN: NAJGXD
Выпуск
Другие статьи выпуска
В работе изучаются числа с заданным окончанием разложения по линейной рекуррентной последовательности. С использованием теории фракталов Рози получено описание возможных плотностей таких чисел, а также возможных первых разностей между ними.
Рассмотрен анализ задач оптимального управления для нелинейной системы, моделирующей нестационарный сложный теплообмен с френелевскими условиями сопряжения на поверхностях разрыва коэффициента преломления. Представлены оценки решения начально-краевой задачи, разрешимость задач управления и выведены условия оптимальности, приводящие к релейности оптимального управления.
Методом Метрополиса в системе Изинг-подобных точечных диполей, расположенных на ребрах простой кубической решетки, получено температурное поведение теплоемкости, намагниченности и магнитной восприимчивости в модели, учитывающей только ближние диполь-дипольные взаимодействия, а также модели с ограниченным дальним радиусом взаимодействия. В системе присутствуют три термодинамические магнитные фазы: дальний порядок, ближний порядок и беспорядок. Фаза дальнего порядка в модели ближайших соседей отсутствует. Фаза ближнего порядка характеризуется высоким уровнем энтропии, наведенной геометрией решетки. Внешнее магнитное поле вдоль одной из базисных осей приводит к конкуренции параметров порядка в модели с ограниченным дальним радиусом взаимодействия и к исчезновению остаточной энтропии в модели учитывающей только ближние взаимодействия. Показана нелинейная зависимость критической температуры теплоемкости от концентрации разбавления системы немагнитными вакансиями в модели с ближними взаимодействиями.
В работе изучаются проективные и инъектиные унары, а также унары, удовлетворяющие условиям, являющимся ослаблениями понятий проективности и инъективности. А именно, приводится алгебраическое описание проективных, слабо-, квази- и псевдопроективных унаров; инъективных, слабо-, квази- и псевдоинъективных унаров.
В работе дано описание ассоциированных пространств и вторых ассоциированных пространств к пространству Харди на Rn. Доказаны также некоторые результаты об ассоциированных пространствах к пространству BMO(Rn).
В работе рассматриваются задачи о сопряжении тонких упругих и жестких включений с возможным отслоением в упругих телах при наличии трещины. На трещине и в точке пересечения трещины с тонким включением используются краевые условия в виде неравенств, исключающие взаимное проникание берегов трещин и тонких включений. Установлены существование и единственность решения задач. Доказана эквивалентность двух постановок: вариационной и дифференциальной. Исследован предельный переход по параметру жесткости тонкого упругого включения.
В связи с актуальной проблемой уменьшения влияния вредных выбросов на состояние атмосферы городской среды представлена модель оптимального управления режимом работы источников загрязнения атмосферы мегаполиса. Модель предлагает математический алгоритм «справедливого» распределения выбросов в период неблагоприятных метеоусловий (НМУ), наиболее привлекательный для улучшения качества состояния атмосферы. Конструкция алгоритма основана на разработанной ранее оптимизационной математической модели распределения ограниченного ресурса социально-экономического содержания между группами людей, находящихся в дифференцируемых условиях.
В настоящей работе получены точные неравенства между наилучшими приближениями аналитических в единичном круге функций и обобщенными модулями непрерывности m-го порядка в весовом пространстве Бергмана B2,γ. Вычислены точные значения n-поперечников некоторых классов функций в весовом пространстве Бергмана.
В настоящей работе доказывается следующий результат. Число шагов в алгоритме Евклида для двух натуральных аргументов, меньший из которых имеет v цифровых разрядов в десятичной системе счисления, не превосходит целой части от дроби (v+lg(5√/Φ))/lgΦ, где Φ=(1+5√)/2, причем эта оценка достигается при каждом натуральном v. Доказывается также, что для двух других известных верхних оценок длины алгоритма Евклида справедливы частичная или асимптотическая достижимости.
В работе рассматриваются вопросы математического моделирования процесса нестационарного переноса рентгеновского излучения. Данный процесс формализован в виде начально-краевой задачи для уравнения переноса излучения, которая решается весовым методом Монте-Карло. Обсуждаются вопросы реализации предложенного метода при помощи поточно-параллельных вычислений на графическом процессоре (GPU).
Рассматривается трехмерный конвективный тепломассоперенос в ванне расплава металла под действием движущегося лазерного источника тепла. В основу математической модели с лагранжевым описанием положены уравнения Навье-Стокса, неразрывности и энергии с учетом диффузионных, конвективных и радиационных тепловых потерь. Зависящие от температуры поверхностные эффекты учитываются с использованием поверхностного натяжения (сил Марангони) при динамическом контактном угле на движущейся линии трехфазного контакта. Численное решение задачи производится методом конечных элементов с дивергентно устойчивой аппроксимацией основных переменных. Интегрирование кинематических и динамических условий на свободной поверхности производится по схеме Ньюмарка-Бассака. Производится верификация и валидация предложенного численного алгоритма. Показано влияние определяющих параметров процесса (мощности и скорости сканирования лазера) на геометрические размеры ванны с расплавом.
Рассматриваются задачи проектирования многослойных маскировочных оболочек для 2D-модели электропроводности. Предполагается, что эти оболочки состоят из конечного числа кольцевых слоев, заполненных изотропными средами. С использованием оптимизационного метода рассматриваемые задачи сводятся к экстремальным задачам и исследуются свойства их решений. Развивается эффективный численных алгоритм, основанный на методе роя частиц (МРЧ). Обсуждаются результаты проведенных вычислительных экспериментов.
Издательство
- Издательство
- ДВФУ
- Регион
- Россия, Владивосток
- Почтовый адрес
- 690922, Приморский край, г. Владивосток, о. Русский, п. Аякс, 10
- Юр. адрес
- 690922, Приморский край, г. Владивосток, о. Русский, п. Аякс, 10
- ФИО
- Коробец Борис Николаевич (Ректор)
- E-mail адрес
- rectorat@dvfu.ru
- Контактный телефон
- +7 (423) 2652429
- Сайт
- https://dvfu.ru