Использование теории растущих тел при расчете напряженно-деформированного состояния деталей, изготавливаемых с применением аддитивных наплавочных технологий

Abstract

На основе теории растущих тел и унифицированной модели течения разработана модель оценки термомеханического состояния детали при многослойной наплавке, а также конечно-элементная методика численной реализации модели. На примере наплавки (наращивания) цилиндра по боковой поверхности установлено, что схема одномоментного наращивания позволяет достаточно быстро получить количественные оценки уровня напряжений и деформаций при анализе различных вариантов технологических решений многослойной наплавки деталей. Однако она не позволяет учесть существенную неоднородность и ячеистую структуру распределений, а лишь описывает плавное усредненное изменение характеристик напряжений и деформаций вдоль цилиндра. Она не позволяет также исследовать такие тонкие технологические вопросы, как влияние на напряженно-деформированное состояние детали различных схем перекрытия наплавляемых валиков. В этом случае рекомендуется использовать методику расчета по схеме поваликового наращивания (наплавки). Удовлетворительное в целом согласование расчетных и экспериментальных данных свидетельствует об обоснованности и достоверности разработанного подхода к моделированию термомеханических процессов при многослойной наплавке деталей.

Proceeding from the theory of growing bodies and unified model of flow, a model was developed for assessment of thermomechanical state of the part in multilayer cladding, as well as finite-element procedure of numerical realization of the model. In the case of cladding (building-up) a cylinder along its side surface it was established that the schematic of one-time building-up allows rather quickly obtaining qualitative evaluations of the level of stresses and strains at analysis of different variants of technological solutions for multilayer cladding of parts. However, it does not allow for the significant inhomogeneity and celullar structure of distributions, but just describes the smooth averaged change of characteristics of stresses and strains along the cylinder. It does not even allow studying such fine technological points as influence of different schematics of deposited bead overlapping on stress-strain state of the part. In this case, it is recommended to use the procedure of calculation by the schematic of bead-by-bead building-up (deposition). Generally satisfactory agreement of calculated and experimental data is indicative of the validity and reliability of the developed approach to modeling the thermomechanical processes in multilayer cladding of parts.