Конечноэлементное моделирование гибридной аддитивной технологии с использованием лазерно-ударно-волновой обработки

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Металлические изделия, изготовленные с помощью аддитивных технологий, обычно имеют неблагоприятные механические характеристики. Лазерно-ударно-волновая обработка – это механическая обработка поверхностей с высокой скоростью деформирования, которая упрочняет приповерхностный слой изделия и обеспечивает создание благоприятных механических свойств. В настоящей статье путем объединения технологий лазерно-ударно-волновой обработки и аддитивных технологий разрабатывается гибридная аддитивная технология, и исследуется роль лазерно-ударно-волновой обработки в гибридной аддитивной технологии с использованием метода конечных элементов. Полученные результаты показывают, что частота упрочненного слоя является критическим технологическим параметром, влияющим на перераспределение остаточных напряжений, который сильно зависит от количества тепла, выделяемого в процессе 3D-печати. Благодаря полученным результатам, разработанная технология гибридная аддитивная технология получает свое место в разновидностях аддитивных технологий и имеет потенциал для внедрения на практике в качестве нового способа производства высококачественных металлических изделий.

Об авторах

Г. Ж. Сахвадзе

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: sakhvadze@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Huang Y., Leu M.C., Mazumder J. et al. Additive manufacturing: current state, future potential, gaps and needs, and recommendations // J. Manuf. Sci. Eng. 2015. V. 137. P. 1.
  2. Sealy M.P., Madireddy G., Willims R. et al. Hybrid processes in additive manufacturing // J. Manuf. Sci. Eng. 2018. V. 140. P. 1.
  3. Manvatkar V.D., Gokhale A.A., Jagan R. et al. Estimation of melt pool dimensions, thermal cycle, and hardness distribution in the laser-engineered net shaping process of austenitic stainless steel // Metall. Mater. Trans. 2011. V. 42. P. 1.
  4. Heigel J.C., Michaleris P., Reutzel E.W. Thermo-mechanical model development and validation of directed energy deposition additive manufacturing of Ti-6A1-4V // Addit. Manuf. 2015. V. 5. P. 9.
  5. Wang L., Felicelli S.D., Pratt P. Residual stresses in LENS-deposited AISI410 stainless steel plates // Mater. Sci. Eng. A. 2008. V. 496. P. 234.
  6. Chiumenti M., Lin X., Cervera M. et al. Numerical simulation and experimental calibration of additive manufacturing by blown powder technology. Part I: thermal analysis // Rapid Prototyp. J. 2017. V. 23. P. 448.
  7. Anca A., Fachinotti V.D., Escobar-Palafox G. et al. Computational modelling of shaped metal deposition // Int. J. Numer. Methods Eng. 2011. V. 85. P. 84.
  8. Chiumenti M., Cervera M., Salmi A. et al. Finite element modeling of multi-pass welding and shaped metal deposition processes // Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 2010. V. 199. P. 2343.
  9. Peyre P., Aubry P., Fabbro R. et al. Analytical and numerical modeling of direct metal deposition laser process // J. Phys. Appl. 2008. V. 41. P. 1.
  10. Denlinger E.R., Heigel J.C., Michaleris P. Residual stress and distortion modeling of electron beam direct manufacturing Ti-6AI-4V // Proceedings of the IMechE. 2015. V. 229. P. 1803.
  11. Marimuthu S., Clark D., Allen J. et al. Finite element modelling of substrate thermal distortion in direct laser additive manufacture of an aero-engine component // Proc. IMechE. 2013. V. 227. P. 1987.
  12. Voothaluru R., Richard L.C., Cheng G.J. Finite element analysis of the variation in residual stress distribution in laser shock peening of steels // J. Manuf. Sci. Eng. 2012. V. 134. P. 061010.
  13. Sealy M.P., Madireddy G., Li C. et al. Finite element modeling of hybrid additive manufacturing by laser shock peening // Proc. Annual Int. Solid Freeform Fabrication Symposium. 2016. P. 306.
  14. Anurag S., Guo Y.B., Horstemeyer M.F. The effect of materials testing modes on finite element simulation of hard machining via the use of internal state variable plasticity model coupled with experimental study // Comput. Struct. 2009. V. 87. P. 303.
  15. Shah S.M., Nelias D., Zain-ul-abdein M. et al. Numerical simulation of grinding induced phase transformation and residual stresses in AISI-52100 steel // Finite Elem. Anal. Des. 2012. V. 61. P. 1.
  16. Sakhvadze G.Zh., Sakhvadze G.G., Kavtaradze R.Z. Increasing the Crack Resistance of Materials by Means of Laser Shock Processing // Russian Engineering Research. 2021. V. 41. № 1. P. 27.
  17. Sakhvadze G.Zh. Simulation of the Technology of Laser-Shock-Wave Processing of Titanium Alloys with Shape Memory Using Dimensional Analysis // J. of Machinery Manufacture and Reliability. 2021. V. 50. № 4. P. 332.
  18. Adu-Gyamfi S., Ren X.D., Larson E.A. et al. The effects of laser shock peening scanning patterns on residual stress distribution and fatigue life of AA2024 aluminium alloy // Opt. Laser Technol. 2018. V. 108. P. 177.
  19. Huang S., Sheng J., Wang Z. et al. Finite element and experimental analysis of elevated-temperature fatigue behavior of IN718 alloy subjected to laser peening // Int. J. Fatigue. 2020. V. 131. P. 105337.
  20. Xu S., Huang S., Meng X. et al. Thermal evolution of residual stress in IN718 alloy subjected to laser peening // Opt. Lasers Eng. 2017. V. 94. P. 70.

Дополнительные файлы


© Г.Ж. Сахвадзе, 2023