Реєстраційний номер
0825U001581, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
28-05-2025
Статус
Наказ про видачу диплома
Назва роботи
Залишкові напруження та деформації зварних з’єднань і конструкцій із алюмінієвих сплавів при зварюванні тертям з перемішуванням
Здобувач
Царик Богдан Романович,
Керівник Махненко Олег Володимирович
Опонент Сенченков Ігор Костянтинович
Опонент Квасницький Віктор Вячеславович
Рецензент Пащин Микола Олександрович
Рецензент Мотруніч Святослав Ігорович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії науки України
Опис
Зварювання тертям з перемішуванням (ЗТП) – відносно новий процес зварювання, який вже отримав досить широке застосування для виконання з’єднань конструкцій в авіакосмічній галузі, транспортному та суднобудуванні, в інших галузях промисловості. Хоча ЗТП вимагає використання складного обладнання, цей процес в порівнянні з традиційними дуговими процесами зварювання більш безпечний для навколишнього середовища, оскільки не потребує використання захисних газів, а також не ініціює негативне для здоров’я електромагнітне випромінювання та виключає розповсюдження пилу та аерозолів, а також вважається, що при ЗТП менше нагрівається металу з’єднання, оскільки зварювання відбувається в твердій фазі, та відповідно забезпечується суттєве зниження рівня залишкових напружень і деформацій.
Хоча вже є технології використання ЗТП для конструкційних сталей, в основному, цей процес зварювання поширений для з’єднання елементів з легких алюмінієвих сплавів. Для прогнозування точності, міцності і ресурсу зварних конструкцій, виконаних за допомогою ЗТП, необхідна інформація стосовно залишкових напружень і деформацій, а також механічних властивостей матеріалу в зоні зварного з’єднання. Але існуюча інформація щодо рівня залишкових напружень і деформацій при ЗТП алюмінієвих сплавів дуже суперечлива, а методи розрахункового прогнозування температурних розподілів, механічних властивостей, тимчасового і залишкового напружено-деформованого стану зварених процесом ЗТП конструкцій дуже різноманітні.
Актуальність проблеми: визначення механічних властивостей та напружено-деформованого стану зварних з’єднань і конструкцій із алюмінієвих сплавів, виготовлених за технологією ЗТП, недостатньо досліджене.
Метою дослідження є визначення механічних властивостей з урахуванням ефекту знеміцнення матеріалу та залишкового напружено-деформованого стану зварних з’єднань із алюмінієвих сплавів, виконаних зварюванням тертям з перемішування, та математичне моделювання методом функції усадки загальних зварювальних деформацій великогабаритних конструкцій циліндричних ємностей аеро-космічного призначення з великою кількістю з’єднань за технологією ЗТП.
Об’єктом дослідження є теплові і термодеформаційні процеси в алюмінієвих сплавах при зварювані тертям з перемішуванням.
У першому розділі робота містить результати проведеного аналітичного огляду сучасного стану проблеми математичного моделювання визначення температурних полів і формування зварних з’єднань при зварювані тертям з перемішуванням. Зроблений огляд існуючих математичних моделей та основних їх особливостей і параметрів для прогнозування напружено-деформованого стану, а також проаналізовано експериментальні данні вимірювання залишкових напружень і деформацій при ЗТП алюмінієвих сплавів.
У другому розділі представлено технологію зварювання тертям з перемішуванням дослідних зразків з термозміцненого алюмінієвого сплаву 2219-Т81 аеро-космічного призначення, надані результати проведених випробувань зразків для визначення механічних властивостей матеріалу та результатів вимірювання залишкових напружень зварного з’єднання з алюмінієвого сплаву 2219-Т81.
У третьому розділі надано опис розробленої математичної моделі визначення зварювальних напружень і деформацій в з’єднаннях, виконаних зварюванням тертям перемішуванням, на основі загального методу термопластичності і методу скінчених елементів. Впроваджено модель знеміцнення алюмінієвого сплаву 2219-Т81 при зварювальному нагріві, що суттєво впливає на точність визначення залишкових напружень і деформацій. Отримано результати математичного моделювання залишкових зварювальних напружень і пластичних деформацій з’єднань з алюмінієвого сплаву 2219-Т81, виконаних ЗТП, проведені процедури веріфікації і валідації розробленої математичної моделі за результатами експериментального вимірювання залишкових напружень. Зроблено порівняння результатів математичного моделювання залишкового напружено-деформованого стану з’єднань з алюмінієвого сплаву АМг6 при ЗТП з дуговими процесами зварювання.
У четвертому розділі розроблена методологія моделювання зварних залишкових напружень і деформацій великогабаритних циліндричних ємностей за методом функції усадки. Виконано дослідження можливості отримання параметрів функції усадки (пластичгних деформацій) та розподілів залишкових напружень для кільцевих і повздовжніх стикових зварних з'єднань великогабаритної циліндричної оболонки на спрощених моделях обмеженого розміру методами термопластичності. Проведено веріфікацію і валідацію математичної моделі визначення зварювальних деформацій для великогабаритних циліндричних ємностей із алюмінієвого сплаву. Зроблено порівняння результатів математичного моделювання загальних деформацій великогабаритних циліндричних ємностей із алюмінієвого сплаву при використанні ЗТП і дугового зварювання.
Дата реєстрації
2025-05-08
Додано/оновлено в НРАТ
2025-05-08 / 2026-07-01
