Соловьев Михаил Евгеньевич, д.ф.-м.н., профессор, кафедра информационных систем и технологий, Институт цифровых систем
150023, Ярославль, Московский пр-т, д. 88
Scopus Author ID 57190224257
ResearcherID A-4328-2014
Mikhail E. Soloviev, Dr. Sci. (Phys.-Math.), Professor, Department of Information Systems and Technologies, Institute of Digital Systems
88, Moskovskii pr., Yaroslavl, 150023
Scopus Author ID 57190224257
ResearcherID A-4328-2014
Кокарев Сергей Сергеевич, к.ф.-м.н., директор регионального научно-образовательного центра «Логос»
150000, Ярославль, ул. Республиканская, д. 80
Sergey S. Kokarev, Cand. Sci. (Phys.-Math.), Director of the Regional Scientific and Educational Center “Logos”
80, Respublikanskaya ul., Yaroslavl, 150000
Балдаев Сергей Львович, к.т.н., заместитель генерального директора по технологиям
108851, Москва, г. Щербинка, ул. Южная, д. 9А
ResearcherID B-8056-2018
Sergey L. Baldaev, Cand. Sci. (Eng.), Deputy General Director
9A, Yuzhnaya ul., Shcherbinka, Moscow, 108851
Балдаев Лев Христофорович, д.т.н., генеральный директор
108851, Москва, г. Щербинка, ул. Южная, д. 9А
Lev Kh. Baldaev, Dr. Sci. (Eng.), General Director
9A, Yuzhnaya ul., Shcherbinka, Moscow, 108851
Малышев Денис Владимирович, ассистент, кафедра информационных систем и технологий, Институт цифровых систем
150023, Ярославль, Московский пр-т, д. 88
Denis V. Malyshev, Assistant, Department of Information Systems and Technologies, Institute of Digital Systems
88, Moskovskii pr., Yaroslavl, 150023
Цели. Газотермическое напыление и порошковая лазерная наплавка – перспективные технологии, широко применяемые в различных отраслях промышленности, включая аэрокосмическую, энергетическую и машиностроительную отрасли. Одним из ключевых аспектов данных технологий является управление тепловыми процессами, возникающими при нанесении покрытий, т.к. они напрямую влияют на качество и долговечность получаемых материалов и изделий. В данной статье рассматривается нестационарная задача теплопереноса при однопроходном напылении на полупространство. Целью работы является моделирование распределения температуры в материальном полупространстве, на границе которого действует движущийся источник тепла.
Методы. Теоретическое исследование распределения температуры на поверхности и в толще обрабатываемого материала в процессе движения головки распылителя осуществлялось путем решения уравнения нестационарной теплопроводности в декартовых координатах. Особенностью уравнения является специальный вид функции плотности мощности источника тепла в виде тепловой полосы, моделирующей процесс теплопередачи от дорожки напыления в материальное полупространство основы детали.
Результаты. В результате исследования полученного решения, представляющего эволюцию во времени температуры в различных точках среды, установлено, что через некоторое время после прохождения импульса нагревания температура внутри среды довольно быстро достигает максимального значения, а затем она относительно медленно релаксирует к равновесной температуре окружающей среды. По мере углубления в толщу среды тепловой импульс расплывается, уменьшается его амплитуда и увеличивается ширина, а время достижения максимума монотонно увеличивается. Поперечное распределение температуры имеет вид симметричных пиков, менее выраженных в глубине.
Выводы. Полученное решение может быть полезным при описании общего температурного поля на некотором удалении от области действия головки распылителя, где конкретные детали нагрева не проявляются. В частности, в работе показано, что в окрестности действия первичной области напыления возникают значительные градиенты температур, которые вызывают заметные нестационарные температурные напряжения.
Objectives. Thermal spraying and powder laser cladding are promising technologies widely used in various industries, including aerospace, energy, and mechanical engineering. The efficiency of these technologies depends on the management of thermal processes occurring during coating application, which directly affect the quality and durability of the resulting materials and products. This article considers a nonstationary problem of heat transfer during single-pass spraying on a half-space. The research aim was to simulate the temperature distribution in a material half-space upon the action of a moving heat source on its boundary.
Methods. A theoretical study of the temperature distribution on the surface and in the bulk of the processed material during movement of the spray head was carried out by solving the equation of nonstationary thermal conductivity in Cartesian coordinates. This equation employs a special type of the heat source power density function in the form of a thermal strip, simulating the process of heat transfer from the spray path to the material half-space of the part base.
Results. The obtained solution representing the evolution of temperature in time at different points of the medium shows that at a certain point of time after the passage of the heating pulse, the temperature inside the medium reaches its maximum value rapidly followed by its relatively slow relaxation to the equilibrium temperature of the environment. Penetrating deeper into the bulk of the medium, the thermal pulse is spreading out while decreasing its amplitude and increasing its width, accompanied by a monotonic increase in the time to reach the maximum. The transverse temperature distribution has the form of symmetrical peaks, less pronounced in depth.
Conclusions. The obtained solution can be used when describing the general temperature field at some distance from the spray head area, where specific heating details are lacking. In particular, the work shows that significant temperature gradients arise in the vicinity of the primary spray area, which will cause noticeable nonstationary temperature stresses.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.