Аэрокосмическая техника высокие технологии и инновации – 2016

ветствующие расходы воздуха, расходы ПАГ, значения расходного комплекса , предельные и действительные давления торможения в камере сгорания, давления и скорости потока продуктов сгорания на срезе сопла и тягу двигателя. По результатам расчета построены зависимости термодинамических параметров от коэффициента избытка воздуха и найдена область допустимых параметров работы ПВРД на ПАГ (рис. 3).

Маршевый РПДТ на высоте 0,5 км обладает тяговооруженностью от 4,1–4,9 и возможностью полета на скоростях при значениях Маха от 2,2 до 3,5, у ПВРД такая же рабочая область, но более высокие значения тяговооруженности – от 4,1 до 7. Область работы ПВРД на ПАГ попадает в диапазон значений коэффициента окислителя от 2,6 до 4,8.

Таким образом, ПВРД на ПАГ обладает большими значениями тяговооруженности, степени регулирования тяги. Вследствие этого летательный аппарат с ПВРД на ПАГ обладает более высокой маневренностью, чем летательный аппарат с РПДТ.

В дальнейшем предполагается выполнение расчетов на других базовых траекториях полета: Н = 10; 18 км.

Список литературы

1.Обносов Б.В. Конструкция и проектирование комбинированных ракетных двигателей на твердом топливе: учеб. для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. – 303 с.

2.Малинин В.И. Внутрикамерные процессы в установках на порошкообразных металлических горючих. – Екатеринбург– Пермь: Изд-во УрО РАН, 2006. – 262 с.

3.Трусов Б.Г. Моделирование химических и фазовых равновесий при высоких температурах: инструкция пользователя

Astra 4. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1991. – 69 с.

181

УДК 538.911, 539.32

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕНЗОРА УПРУГИХ МОДУЛЕЙ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ УПРУГОЙ АНИЗОТРОПИИ ПРИ ПОМОЩИ

РАЗЛИЧНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ МЕЖАТОМНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С.С. Стволова, И.Ю. Зубко

Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, Россия

sofi1234@mail.ru, zoubko@list.ru

Работа посвящена возможности потенциалов описывать анизотропию и симметричные свойства упругого отклика материала с кристаллической микроструктурой. Вид потенциалов не конкретизируется, их производные выражаются через силы межатомного взаимодействия. С использованием различных потенциалов межатомного взаимодействия получено инвариантное представление тензора упругих модулей в виде конечных сумм. С использованием полученного инвариантного представления исследованы возможности двухчастичных и многочастичных потенциалов межатомного взаимодействия на примере двумерных квазикристаллических структур.

Ключевые слова: дискретно-атомистическое моделирование, несимметричная упругость, прогнозирование упругих модулей кристаллических материалов.

Инвариантное представление тензора линейно-упругих модулей для кристаллического материала в отсчетной конфигурации имеет вид

где M – число всех атомов образца, m,n , cij {0,1} , p {1,2}, cij 1 для атомов, участвующих в образовании электронного газа вблизи положения i-го атома, cij 0 для всех остальных

атомов. Размер окрестности для учета соседей может быть от одной до нескольких координационных сфер. Также заданием параметров cij , учитывающих для каждого атома взаимное при-

тяжение к нему трех ближайших соседей, может быть описана и ковалентная связь.

Для плоских квазикристаллических структур с осями симметрии различного порядка (примеры на рисунке) при использовании парных потенциалов для оси симметрии любого порядка, кроме четвертого, тензор упругих свойств содержит только две ненулевые независимые компоненты. При этом коэффициент Пуассона для этих структур оказывается равным 1/3, т.е. в действительности получался только один независимый упругий модуль (таблица).

аб

вг

Рис. Элементы плоских квазикристаллических структур с осями симметрии: а – 4-го порядка; б – 5-го порядка;

в – 6-го порядка; г – 7-го порядка

184

Значения упругих модулей, полученных при дискретно-атомистическом подходе

Окончание табл.

Для кристалла с осью симметрии 4-го порядка коэффициент Пуассона отрицателен, и существует два независимых упругих модуля. Во всех случаях начальная равновесная конфигурация определялась из условия минимума полной потенциальной энергии системы по параметру a межатомного расстояния. «Объемная» плотность упругой энергии структур определялась по отношению к площади образцов. Известная из экспериментов и теоретических оценок зависимость механических свойств от размеров тела наблюдалась и для рассмотренных структур, хотя отдельно этот вопрос не исследовался, поскольку целью являлась проверка способности различных потенциалов описывать анизотропию упругих свойств, характер которой не связан с размерами образца.

Из условия положительной определенности тензора линей- но-упругих свойств H для двумерной среды, как в рассмотренных

примерах, следуют ограничения E > 0 , ( 1; 1) . Причем модуль Юнга определяется как E H11112 H11222 / H1111 , коэффициент

Пуассона ν = Н1122 / Н1111. При использовании потенциалов погруженного атома (2) и (3) для различных двумерных структур получалось число независимых модулей, которое частично соответствует результатам линейной теории упругости [4]. Отличие от классических результатов теории упругости для двумерной среды дает случай оси симметрии 6-го порядка, который должен описываться только двумя независимыми ненулевыми упругими модулями. Метод погруженного атома при этом дает три независимых компоненты тензора упругих свойств. Также для всех рассмотренных случаев при использовании потенциала (2) и (3) получается заниженное значение сдвигового модуля G = H1212. Эти особенности требуют дополнительного исследования. Тем не менее для более сложных случаев симметрии метод погруженного атома, в отличие от парных потенциалов, дает физически более корректные результаты.

Список литературы

1. Daw M.S., Baskes M.I. Embedded-atom method: Derivation and application to impurities, surfaces, and other defects in metals // Physical Review B. – 1984. – Vol. 29, № 12. – P. 6443–6453.

187

2.Clayton J. Nonlinear mechanics of crystals. – Springer, London, 2011. – 715 p.

3.Зубко И.Ю. Вычисление упругих модулей монослоя графена в несимметричной постановке с помощью энергетического подхода // Физическая мезомеханика. – 2015. – Т. 18, № 2. –

С. 37–50.

4.Черных К.Ф. Введение в анизотропную упругость. – М.:

Наука, 1988. – 190 с.

УДК 621. 9:658 (07)

ДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕМ СТАНКЕ ПРИ ОБРАБОТКЕ

ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ9 А.Г. Омельчак, Ю.В. Идрисова, С.И. Фецак

Уфимский государственный авиационный технический университет, Уфа, Россия

alexisom@yandex.ru, yu.v.idrisova@mail.ru, format_invest@mail.ru.

Проведены экспериментальные исследования высокоскоростной токарной обработки деталей из титанового сплава ВТ9. Проанализированы динамические процессы, протекающие при резании титанового сплава ВТ9 резцом из твердого сплава ВК6ОМ.

Ключевые слова: металлообработка, диагностика металлорежущего станка, параметры качества деталей, волнистость, шероховатость.

Внедрение высокоскоростной обработки деталей в машиностроительное производство характеризуется определенной проблемой: наибольшая точность и производительность оборудования достигается на отдельных операциях технологического процесса при конкретном сочетании «обрабатываемый материал – инструмент – режимы резания».

Для обеспечения надежной работы современных высокоскоростных станков необходимо проводить мероприятия по ис-

188

следованию динамических характеристик технологической системы станочного оборудования.

Современные конструкционные материалы (нержавеющие и жаропрочные стали и сплавы, титан и его сплавы) находят широкое применение в современном машиностроении и авиастроении. Они обладают высокими эксплуатационными свойствами, но характеризуются трудной обрабатываемостью, связанной с высокой интенсивностью износа режущего инструмента.

Целью исследования является разработка метода оценки влияния динамических процессов, протекающих в упругой системе станка.

Реализация метода основана на решении следующих задач:

–исследовать динамические процессы, протекающие в многоцелевом станке (выявление собственных и вынужденных колебаний);

–исследовать колебания инструмента и обрабатываемой детали в процессе резания и выявить источники колебаний, обусловленные процессом резания;

–выявить основной источник колебаний, наиболее влияющий на износ инструмента.

Было проведено экспериментальное исследование колебаний упругой системы станка фирмы Mori Seiki модели NL1500SY (Япония) при точении заготовки из титанового сплава ВТ9 резцом с режущей пластиной из твердого сплава ВК6ОМ. Данный станок относится к многоцелевому токарно-фрезерному оборудованию. Револьверная головка с приводными инструментами имеет три степени свободы (X, Y, Z). Станок оснащен двумя шпин- дель-моторами. Измерение сигналов от датчиков вибрации проводилось при помощи модульной USB-системы NI CompactDAQ

фирмы National Instrument (США).

Собственные частоты определялись с помощью тест-ударов по элементам оборудования.

Экспериментальные исследования вынужденных вибраций приводов станка проводились на холостом ходу.

Наиболее ответственным переходом с точки зрения обеспечения качества и точности обрабатываемой поверхности является чистовая обработка. Поэтому в данном исследовании обработка осуществлялась с подачей S = 0,1 мм/об и глубиной резания

189

t = 0,5 мм. Данные значения глубины и подачи были также приняты в соответствии с рекомендациями по обеспечению малого сечения срезаемого слоя при высокоскоростной обработке, скорости резания 20–400 м/мин.

В результате регистрации и записи измерительной системой виброметрической информации получен набор амплитудночастотных характеристик (АЧХ). Данная информация представляет собой совокупность значений амплитуд виброскорости в диапазоне частот 0–25 кГц. Для каждого эксперимента АЧХ фиксировалась в моменты времени, между которыми проходило по 0,2 с.

Было установлено, что в процессе резания (V = 60 м/мин) на одной и той же частоте колебаний амплитуда с течением времени периодически меняется (рис. 1, а).

Каждому из моментов времени на частоте 320 Гц соответствовал пик амплитуды колебаний.

В результате анализа полученной зависимости (рис. 1, б) установлено цикличное изменение амплитуды колебаний, что характерно для развития автоколебаний в процессе резания титанового сплава ВТ9 резцом с режущей пластиной из твердого сплава ВК6ОМ.

Для каждого конкретного технологического процесса существует оптимальный уровень автоколебаний (циклических колебаний в зоне резания), при котором стойкость инструмента будет максимальной. Такой характер зависимости имеет следующее физическое объяснение – автоколебания, возникающие в процессе резания, так же, как и вынужденные колебания, порождаемые технологической системой станка, приводят к облегчению пластической деформации, уменьшению коэффициента трения по передней и задней поверхностям инструмента, улучшению отвода стружки, к снижению силы резания и, как результат, – к уменьшению интенсивности изнашивания инструмента и повышению его стойкости. С другой стороны, циклическое нагружение инструмента при увеличении интенсивности автоколебаний вызывает усталостное разрушение участков материала инструмента, находящегося в контакте с обрабатываемой деталью и сходящей стружкой. Поэтому при достижении некоторого уровня автоколебаний стойкость инструмента начинает резко снижаться.

190