Математичне моделювання термонапруженого стану при адитивному виготовленні та зварюванні титанових сплавів для транспортного машинобудування

Анотація

У роботі показано детальне дослідження розподілу залишкових напружень та термомеханічної поведінки компонентів із титанових сплавів Ti80 та Ti-6Al-4V, які піддавались зварюванню та післязварювальній обробці, із інтеграцією експериментальних вимірювань та чисельного моделювання методом скінченних елементів. Метою дослідження є оцінка впливу послідовності зварювання, термічних циклів та температурозалежних властивостей матеріалу на еволюцію напружень, з особливим акцентом на поперечні та поздовжні залишкові напруження, зосереджені біля швів. Актуальність роботи визначається високими вимогами до надійності, геометричної стабільності та втомостійкості зварних титанових компонентів у транспортній, авіаційній та інженерній галузях. Виявлено значну анізотропію розподілу напружень уздовж та поперек швів, що дозволяє виділити критичні ділянки, схильні до деформацій або початку втомних тріщин. Новизна дослідження полягає у порівняльному аналізі двох титанових сплавів за різних умов зварювання, який поєднує експериментальні дані та чисельні моделі для комплексного розуміння формування залишкових напружень та термомеханічної поведінки. У роботі також показано ефективність післязварювальної термічної обробки (PWHT) та локальних методів зниження напружень у зменшенні залишкових напружень, підвищенні геометричної стабільності та втомостійкості. Практичне значення роботи полягає у формуванні рекомендацій щодо оптимізації параметрів зварювання, застосування післязварювальної обробки та підвищення надійності і ресурсу експлуатації високопродуктивних титанових компонентів у транспортній, авіаційній та інженерній сферах. Отримані результати сприяють кращому розумінню взаємодії між умовами зварювання, поведінкою матеріалу та еволюцією напружень, закладаючи основу для вдосконалення прогнозного моделювання та обґрунтованого проектування зварних титанових конструкцій, а також підкреслюють значення температурозалежних властивостей для точного передбачення полів залишкових напружень і деформаційних процесів.

Ключові слова: Ti80, Ti-6Al-4V, залишкові напруження, термомеханічні властивості, післязварювальна обробка, FEM, зварювання, адитивні технології.