РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ДЛЯ ПЕЧАТИ ЛОПАТОК ТУРБИН НА 3D-ПРИНТЕРЕ

Целью работы является разработка модели для печати лопаток турбин на 3D-принтере, что особенно актуально при изготовлении деталей сложной геометрической формы, испытывающих воздействие значительных статических, динамических, тепловых нагрузок и работающих в агрессивных средах. Большой разброс механических свойств, который может возникнуть в результате недостаточной подготовки к аддитивному изготовлению детали, указывает на необходимость моделирования с целью прогнозирования механических свойств лопатки газотурбинного двигателя. Таким образом, становится очевидно, что применение моделирования механических испытаний и свойств 3D-печатных объектов является необходимым условием изготовления качественных деталей. Основной задачей исследования является разработка модели лопатки газотурбинного двигателя, обладающей достаточной прочностью, устойчивостью к вибрационным нагрузкам, температурным колебаниям, которая при этом будет сохранять траекторию движения в потоке и обладать минимально возможной массой. Построена трехмерная компьютерная модель для печати лопаток газовых турбин на 3D-принтере. Разработано критериальное и алгоритмическое сопровождение процесса печати лопаток турбин на 3D-принтере. Получена модель распределения теплового поля детали при ее изготовлении с использованием программного комплекса Ansys. Моделирование температурного поля необходимо не только для оценки плотности детали и ее сплошности, но и реакции металла изделия на быстрый нагрев и охлаждение. Получена модель напряженно-деформационного состояния в синтезируемом изделии. Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными свидетельствует о валидации разработанной модели. Предлагаемый подход к моделированию позволяет спрогнозировать зоны возникновения максимального напряжения, которое может привести к появлению точки возникновения трещины в изделии.

The study is aimed at developing a model for printing turbine blades on a 3D printer, which is especially important, when manufacturing complex geometry parts exposed to significant static, dynamic, thermal loads and operating in aggressive environment. A wide spread of mechanical properties, which may arise as a result of insufficient preparation for additive manufacturing of parts, indicates the need for modeling to forecast mechanical properties of a gas turbine engine blade. Thus, it becomes obvious that the use of simulation of mechanical tests and properties of 3D printed objects is a prerequisite for manufacturing high-quality parts. A main objective of the study is to develop a model of a gas turbine engine blade that has sufficient strength, resistance to vibration loads, temperature fluctuations, while maintaining the trajectory of movement in the flow and having minimum possible weight. The authors designed a three-dimensional computer model for printing gas turbine blades on a 3D printer and developed criteria and algorithm support of the process of printing turbine blades. A model of the distribution of the thermal field of the part during its manufacturing is designed using the Ansys software suite. It is required to simulate the temperature field to assess not only density of the part and its continuity, but also the reaction of the metal of the product to quick heating and cooling. The authors obtained a model of the stress-strain state in the synthesized product. A comparison of the simulation results with experimental data indicates validation of the developed model. The proposed approach to modeling makes it possible to forecast zones of maximum stress, which can lead to a crack point in the product.