Например, Бобцов

Исследование динамических свойств стальных деталей, получаемых методом 3D-печати

Аннотация:

Предмет исследования. При изготовлении деталей навигационных приборов сложной геометрической формы из металла перспективным направлением формообразования является применение аддитивных технологий. В процессе проектирования таких деталей применяется конечно-элементный анализ. Точность моделирования определяется корректностью задаваемых физических свойств используемых материалов. Свойства материалов, применяемых при 3D-печати, существенно отличаются от используемых при традиционной обработке. Основное внимание уделяется таким характеристикам, как модуль Юнга, коэффициент Пуассона, твердость и прочность. Для некоторых областей применений требуется знание динамических свойств. В работе предложены результаты исследования и сравнение демпфирующих свойств стальных деталей, изготовленных методом 3D-печати с послойным сплавлением в поперечном направлении; сплавлением в продольном направлении и методом классической обработки. Все детали имеют форму стержней постоянного сечения и обладают одинаковыми геометрическими размерами. Метод. Измерения проведены с использованием стенда TIRA TV 5220/LS-120. На свободном конце детали устанавливался пьезоэлектрический акселерометр. Испытания проводились в диапазоне частот 15–3500 Гц с ускорением 19,6 м/с2  (2 g). На основании анализа выходного сигнала акселерометра выполнен расчет коэффициента демпфирования. Верификация полученных результатов проведена на основе сравнения с результатами моделирования конечно-элементным методом. Основные результаты. Коэффициенты демпфирования для деталей, полученных методом 3D-печати, с послойным сплавлением в поперечном и продольном направлениях составили величины 0,022 и 0,006 соответственно, для детали, полученной классическим способом, — 0,023. Различия коэффициента демпфирования при 3D-печати разными способами может быть объяснены более плотным сплавлением гранул порошка при печати одного слоя, чем между слоями. В этом случае формируется кристаллическая структура, обладающая большей жесткостью в плоскости печати, что ограничивает рассеивание энергии вибрации за счет внутреннего трения. Моделирование показало наличие расхождений экспериментальных и расчетных значений собственных частот напечатанных образцов. Учитывая, что значения собственных частот во многом определяются модулем Юнга, проведена параметрическая оптимизация его значения в расчетах по критерию совпадения расчетных и экспериментальных собственных частот. Получено, что величина модуля Юнга не соответствует значениям, определяемым в ходе испытаний на разрыв аналогичных образцов. Показано, что образцы, изготовленные методом 3D-печати, обладают разной вибрационной и статической жесткостью. Это не типично для металлов и должно учитываться при моделировании. Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при разработке имитационной модели деталей из стали, изготавливаемых методом 3D-печати, и при создании цифровых двойников навигационных приборов. Это позволит на ранних стадиях проектирования перспективных изделий оценить их стойкость к воздействиям вибраций и оптимизировать конструкцию по критерию минимизации напряжений.

Ключевые слова:

Постоянный URL

Статьи в номере

Содержание © 1993–2024 Университет ИТМО
Разработка © 2015 Университет ИТМО