Моделирование напряженно-деформированного состояния конструкций ракетно-космической техники, изготовленных с использованием аддитивных технологий

Одним из перспективных направлений совершенствования методов изготовления конструктивных элементов ракетно-космической техники является применение технологии селективного лазерного плавления, которая дает уникальную возможность изготавливать изделия из металла посредством расплавления порошка и получения сплошной твердофазной структуры. Однако при лазерном спекании в формируемом элементе могут образовываться поры и прочие дефекты структуры, что вызывает снижение прочностных характеристик изготавливаемых деталей. Важным этапом при внедрении аддитивных технологий является разработка методов предварительного прогнозирования прочностных характеристик изготавливаемых элементов конструкции в условиях воздействия механических нагрузок с помощь математического моделирования. Представлена методика оценки снижения прочности материала элемента конструкции ракетно-космической техники, полученного с использованием аддитивных технологий с помощью моделирования пористой структуры и расчета характеристик напряженно-деформированного состояния.

Предложенные математическая модель и методика расчета нагружения образца, основанная на теории энергии формоизменения, позволяют провести расчёт напряженно-деформированного состояния в процессе численного моделирования для разных значений диаметра пор. Снижение предела текучести в связи с пористостью материала детали оценивается с помощью коэффициента, равного отношению эквивалентных напряжений, возникающих при приложении нагрузки к образцу, изготовленному посредством традиционных и аддитивных технологий. Значение введенного коэффициента характеризует структуру выращенного изделия и рассматривается как функция случайного расположения пор в исследуемом образце, появление которых является результатом влияния совокупности факторов: состав и дисперсность исходного металлического порошка, скорость подачи, расстояние выведения и мощность лазера при спекании, ориентация детали и направление спекания, высота уровня порошка, нанесенного на специальное основание перед спеканием и др.

В работе проведена оценка снижения прочности для рабочей части серии образцов для испытаний на растяжение, выращенных из металлического порошка различной дисперсности. Установлен нелинейный характер зависимости предела текучести от диаметра частиц исходного металлического порошка. Максимальное значение предела текучести соответствует образцу с минимальным значением суммарной площади поверхности пор.