Modelling of residual stresses and distortions of the wall on a substrate built by wire-arc surfacing

Для исследования формирования остаточных напряжений и искажений изделий, создаваемых проволочно-дуговой наплавкой, в зависимости от параметров технологического процесса предложено рассматривать стенку, состоящую из десяти слоев, наплавленных на подложку. На закрепленной стальной пластине проволокой из аустенитной нержавеющей стали AISI 308 LSi наплавлена стенка с послойной проковкой и без нее и измерен прогиб освобожденной конструкции. Для численного моделирования процесс представлялся в виде последовательно решаемых задач: а) тепловой — наплавки десяти слоев материала, б) упругопластической — формирования собственных деформаций и остаточных напряжений вследствие остывания созданной конструкции с неоднородным распределением температуры, в) упругопластической — проковки напряженной заготовки пневмоинструментом при повышенной температуре (этап может отсутствовать) и г) упругопластической — искажения конструкции и изменения поля остаточных напряжений при освобождении конструкции. Задачи (а), (б) и (г) решались в пакете программ COMSOL Multiphysics, (в) — в LS-DYNA. Установлено, что в наплавленной стенке вблизи ее верхней грани формируются растягивающие остаточные напряжения, а проковка этой грани сопровождается уменьшением продольных деформаций, искажения освобожденного образца и неоднородности распределения остаточных напряжений по высоте стенки. Рассчитанные величины прогибов соответствуют нашим экспериментальным данным и результатам Университета Крэнфилда для аустенитного сплава IN718. Разработана балочно-стержневая модель механики наращиваемой многослойной стенки, результаты применения которой соответствуют численным расчетам.