Конечноэлементное моделирование складкообразования при сверхпластической формовке гофрированных панелей

А.А. Круглов, А.Ф. Каримова, Ф.У. Еникеев

Аннотация на русском языке

Finite element mesh for a corrugated core panel at the initial and final positions is shown. The way to ensure the formation of a corrugated core panel without external folds by the selection of technological parameters of the SPF process is considered.Панели с гофрированным наполнителем в виде обшивок с внутренними ребрами жесткости, получаемые методами сверхпластической формовки совместно с диффузионной сваркой (СПФ/ДС), перспективны для изготовления изделий высокой удельной прочности. Одной из серьезных проблем формовки панелей с гофрированным наполнителем является образование наружных складок. Причиной складкообразования является неравномерная деформация обшивочных листов. В работе рассмотрен процесс формообразования гофрированной панели из титанового сплава ВТ6 (аналог Ti-6Al-4V) с помощью компьютерного моделирования. Конечно-элементная модель создана в среде программного комплекса ANSYS. Численная модель материала рассматривается в рамках теории ползучести. Показано, что после завершения образования ребер жесткости можно повысить величину рабочего давления до максимального значения без ущерба для конструкции. Результаты численного моделирования показали, что увеличение величины давления и времени выдержки способствует устранению складок. Однако величина давления ограничена технически, а увеличение времени выдержки снижает экономическую эффективность процесса. Отмечено, что процесс формовки панели с гофрированным наполнителем имеет две характерные стадии. На первой стадии лист наполнителя деформируется условиях сверхпластичности, формируются ребра жесткости. Первая стадия продолжается до момента контакта участками обшивок, соединенных с наполнителем, матрицы. Вторая стадия протекает в условиях ползучести материала конструкции до полного разглаживания наружных складок. Результаты численного моделирования показали, что увеличение величина давления и времени выдержки способствует устранению складок. Однако величина давления ограничена технически, а увеличение времени выдержки снижает экономическую эффективность процесса.

Ссылки (13)

1.
Superplastic Forming of Structural Alloys: Proceedings of a symposium. Eds. N. E. Paton, C. H. Hamilton. Warrendale, PA, TMS−AIME (1982) 414 p.
2.
W. D. Brewer, R. K. Bird, T. A. Wallace. Materials Science and Engineering. A243, 299 (1998).
3.
J. D. Beal, R. Boyer, D. Sanders. In: ASM Handbook, Volume 14B, Metalworking: Sheet Forming. Ed. S. L. Semiatin. Materials Park, Ohio, ASM International (2006) 908 p. Forming of Titanium and Titanium Alloys. pp. 656 – 669. DOI: 10.1361/asmhba0005146
4.
J.‑Ho Cheng, S. Lee. J. Mater. Process. Technol. 45, 249 (1994).
5.
E. Chumachenko, O. Smirnov, M. Tsepin. Superplasticity: materials, theory, technology. Moscow, Librokom (2009) 320 p. (in Russian) [Чумаченко Е. Н., Смирнов О. М., Цепин М. А. Сверхпластичность: материалы, теория, технологии. Москва, Либроком (2009) 320с.] ISВN 5-484-00005-Х
6.
A. Akhunova, S. Dmitriev, A. Kruglov, R. Safiullin. Deformatsiya i Razrushenie Materialov. 11, 41 (2012). (in Russian) [Ахунова А. Х., Дмитриев С. В., Круглов А. А., Сафиуллин Р. В. Деформация и разрушение материалов. 11, 41 (2012).]
7.
J. Shao, Z. Q. Li, H. Xu, X. Han, R. Zhang. Materials Science Forum. 838 – 839, 585 (2016).
8.
F. U. Enikeev. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 49(1), 41 (2008). DOI: 10.3103/S1067821208010082
9.
F. U. Enikeev, A. A. Kruglov. International Journal of Mechanical Sciences. 37(5), 483 (1995).
10.
A. A. Kruglov, A. Yu. Samoilova, A. A. Slesareva, O. P. Tulupova, F. U. Enikeev. Letters on Materials. 4(1), 75 (2014). (in Russian) [Круглов А. А., Самойлова А. Ю., Слесарева А. А., Тулупова О. П., Еникеев Ф. У. Письма о материалах. 4(1), 75 (2014).] DOI: 10.22226/2410-3535-2014-1-72-75
11.
Patent EP № 0568201, 01.04.1993.
12.
A. Akhunova, S. Dmitriev, A. Kruglov, R. Safiullin. Adv. Mater. 12, 44 (2011). (in Russian) [Ахунова А. Х., Дмитриев С. В., Круглов А. А., Сафиуллин Р. В. Перспективные материалы. 12, 44 (2011).]
13.
P. Anderson. Materials Science Forum. 838 – 839, 621 (2016).