Пермские ученые исследовали сопротивление 3D-печатных деталей механической усталости

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета изучили влияние концентрации напряжений на процесс циклического разрушения для определения закономерности механического поведения материалов под воздействием нагрузок. Это поможет повысить качество аддитивного производства и эксплуатационные характеристики изделий, сообщает пресс-служба вуза на портале Naked Science.

В процессе 3D-печати из-за особенностей работы оборудования, стратегий формирования слоев и других причин возникает наведенная анизотропия — неодинаковость свойств, ведущая к зависимости прочности и жесткости конструкций от направлений механического воздействия. Это влияет на распределение в подверженном нагрузкам материале напряжений и деформаций. Несмотря на попытки избавиться от проблемы, из-за особенностей аддитивного производства в материалах появляется неоднородность, связанная с пористостью и геометрией структур.

Неоднородность влияет на сопротивление усталости — способности материала противостоять разрушению при многократных нагрузках. Накопление таких изменений показано на примере экспериментальных исследований малоцикловой усталости — разрушения материала после небольшого количества циклов. Правильный учет влияния концентрации напряжений при наличии анизотропии позволит увеличить срок эксплуатации 3D-печатных конструкций.

Ученые Пермского политеха исследовали характеристики сопротивления малоцикловой усталости титанового сплава ВТ6, используемого в производстве авиационных и ракетных двигателей, приборов и конструкций для военных и гражданских самолетов. Наплавление материала произвели методом холодного переноса металла, затем сняли остаточные напряжения температурной обработкой. Из готовой пластины вырезали образцы в параллельном и перпендикулярном направлениях к плоскости слоев.

Закономерности механического поведения образца изучались при малоцикловой усталости и наличии концентрации напряжений. Коэффициент применяли к образцам с концентратором и без него, позже их сравнили между собой. Выявлено, что направление вырезки образцов с концентратором практически не влияет на характеристики сопротивления усталости.

«Циклическая долговечность горизонтально вырезанных образцов на пять-десять процентов выше, чем вертикальных. У первых проявляется наибольшая чувствительность к концентрации напряжений при долговечности порядка ста пяти циклов. Наибольшее определенное значение введенного эффективного коэффициента для них — 2,8, для вертикально вырезанных образцов — от 1,8 до 2,2. От этих коэффициентов зависит срок эксплуатации изделий», — пояснил доцент кафедры экспериментальной механики и конструкционного материаловедения ПНИПУ Артем Ильиных.

Результаты испытаний позволили построить зависимость циклической долговечности от уровня прикладываемых напряжений. Выявленные коэффициенты концентрации напряжений будут полезны при проектировании 3D-печатных конструкций. Их учет позволит более точно прогнозировать долговечность и величину воспринимаемых нагрузок.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru