Abstract-The study is directed to conclusion and approbation of the new defining relations that describe arousal and change of stress fields in isotropic material during crystallization, taking into account temperature strains and structural shrinkage. The statement of the crystallization problem and numerical realization of the process by the example of linear and plane statements have been made. The problem of crystallization of a beam of isotropic material under nonuniform cooling with phase transitions has been considered. The authors removed the defining relations describing the occurrence and change of stress fields in an isotropic material during crystallization, taking into account temperature deformations and structural shrinkage. The numerical realization of the problem of crystallization of a beam was made by two methods: a finite difference method and a finite element method. The tendency of accumulation of an error of the finite difference method has been established. The verification of defining relations by the example of the problem of plate nonuniform controlled cooling from temperature above melting point has been made at the second stage of the study. Displacement, stress and strain fields that satisfy the physics of the process and boundary conditions have been obtained.
Суходоева Т.С., Каменских А.А., Максимов П.В. Модель процесса кристаллизации с учетом смены фаз при формировании металлического материала методом лазерного сплавления // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика.Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия О СТАТЬЕ АННОТАЦИЯ Получена: 25 декабря 2017 г. Принята: 26 февраля 2018 г. Опубликована: 30 марта 2018 г.Разрабатываемые теоретические основы моделей кристаллизующихся тел применяются в настоящий момент для моделирования технологического процесса селективного лазерного сплавления в части описания взаимодействия расплав-твердое тело и определения коробления тела вследствие появления остаточных напряжений в остывающей заготовке. При этом одной из актуальных задач области исследования является построение определяющих соотношений, позволяющих описывать взаимодействие расплавтвердое тело. В данной работе рассмотрено применение известных определяющих соотношений вязкоупругого растущего тела для затвердевающего металлического сплава. При этом процесс кристаллизации протекает в широком температурном диапазоне и сопровождается структурными изменениями. Под процессом кристаллизации понимается переход металлического материала из жидкого состояния в твердое. В рамках исследования рассмотрена общая постановка краевой задачи механики кристаллизующегося тела. Реализация определяющих соотношений, описывающих процесс кристаллизации, выполнена на двух задачах: задаче о неравномерном управляемом остывании стержня и задаче об остывании пластины, начиная с температуры выше точки плавления исследуемого материала. Таким образом, для одномерной и плоской постановок получены численные модели кристаллизации изотропных тел с учетом фазовых переходов на основе метода конечных элементов. Результаты применения метода конечных элементов на основе полученных новых определяющих соотношений не противоречат физике процесса кристаллизации и могут быть применены при моделировании процесса селективного лазерного сплавления металлических материалов с учетом смены фаз. Для каждой модельной задачи получены картины напряженно-деформированного состояния конструкции в целом: поля распределения перемещений, деформаций и напряжений. Также в рамках исследования выполнен анализ сходимости численного решения, проанализировано выполнение естественных граничных условий, получены поля температур и степени кристаллизации. © ПНИПУ Ключевые слова:кристаллизация, фазовые переходы, определяющие соотношения, численное решение, метод конечных элементов, расплав, механика кристаллизующегося тела, степень кристаллизации. Суходоева ТатьянаTheoretical principles of models of crystallizing bodies being developed are now applied to model the technological process of selective laser welding regarding the description of interaction between "melt -solid body" and determining a body's buckling owing to emergence of residual stresses in a cooling down work piece. At the same time one of the relevant problems of the research is creating the d...
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.