2018

По комплексной программе «Машиностроение»

Применение комплексного подхода, включающего лазерную сварку, термическую обработку или ультразвуковую ковку в условиях пластической деформации позволило впервые получать неразъемные соединения с прочностью, близкой к прочности исходных сплавов

Ответственные исполнители: д.ф.-м.н. Оришич А.М., к.т.н. Маликов А.Г., laser@itam.nsc.ru

Аннотация

В производстве современных самолетов на сегодняшний день все больше используются легкие конструкционные сплавы на основе Al и Ti. Высокие механические характеристики стимулировали детальные исследования возможности создания неразъемных соединений методом сварки с прочностью, близкой к прочности основного материала, что открыло бы перспективу отказаться от очень трудоёмкой и неэффективной технологии заклепочного соединения деталей с использованием заклепок.

Для решение этой задачи впервые применен комплексный подход, включающий лазерную сварку в оптимальном режиме, последующие термическую обработку или ультразвуковую ковку в условиях пластической деформации, что позволило получать неразъемные соединения с прочностью, близкой к прочности исходных сплавов (рис. 1), а иногда и превосходить их (рис. 2), современных высокопрочных, термически упрочняемых алюминиевых и титановых сплавов, а также разнородных соединений Al-Ti, не свариваемых традиционными методами. Физика процесса связана с заданным изменением морфологии и фазового состава сварного шва в процессе лазерной сварки и последующей постобработки. Результата открывает перспективу создания технологии автоматической лазерной сварки современных авиационных сплавов на основе титана и алюминия  при создании различных конструкций в авиастроении.

2018machine1

 

 

2018machine2

 

 

Рис.1 . Диаграммы нагружения сплавов АМг6, 1424 и их лазерных сварных соединений.

Рис.2 Фотография лазерного сварного соединения сплава ВТ6, после испытания на растяжение

Разработан новый способ получения супергидрофобных керамических покрытий комбинированным нано- и микропорошковым воздушно-плазменным напылением c формированием бимодального рельефа. Контактный угол смачивания материала полученных покрытий на основе оксида циркония увеличился с 11 до 145 градусов.

Авторы: с.н.с. Гуляев И.П. (gulyaev@itam.nsc.ru), с.н.с. Кузьмин В.И., г.н.с. Ковалев О.Б., н.с. Ващенко С.П., м.н.с. Сергачёв Д.В.

Аннотация

В Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН (ИТПМ СО РАН) методом плазменного напыления созданы покрытия с многоуровневой микро- и ультрамасштабной структурой, высокопрочные, многофункциональные и обладающие гидрофобными и супергидрофобными свойствами, которые позволяют повысить эффективность защиты различных металлических конструкций от коррозии и обледенения. Суть способа заключается в формировании такого рельефа поверхности, который минимизирует площадь контакта с жидкостью. Напыление микрочастиц (20-100 мкм) обеспечивает начальную микромасштабную структуру покрытия, а последующее суспензионное напыление наночастиц (50-100 нм) создает многоуровневую ультраструктуру поверхности, рис. 1а. Предложенный способ позволил сформировать бимодальный рельеф керамического покрытия на основе оксида циркония (рис. 1б) и обеспечить супергидрофобные характеристики поверхности. Контактный угол смачивания материала qcувеличился с 11 до 145 градусов (рис. 1а). Капли жидкости на поверхности сохраняют почти сферическую форму (рис. 1в), и отскакивают от нее при ударе (рис. 1г). Отличительные особенности метода – многофункциональность покрытия и высокая производительность его нанесения.

2018machine3

Рис. 1. Новый способ получения высокопрочных супергидрофобных покрытий.

По комплексной программе «Механика жидкостей и газов»

Для условий обтекания гиперзвуковым потоком воздуха затупленной носовой части конической модели экспериментально найдены критические места расположения шероховатости, позволяющие управлять ламинарно-турбулентным переходом.

Ответственные исполнители: г.н.с., д.ф.-м.н. Маслов А.А., maslov@itam.nsc.ru, с.н.с., к.ф.-м.н. Бунтин Д.А., н.с., к.ф.-м.н. Громыко Ю.В.

Аннотация

Для гиперзвуковых условий полета летательного аппарата критическим фактором, влияющим на его нагрев, является шероховатость поверхности носовой части. В работе найдены критические места расположения шероховатости на носовой части аппарата, приводящие к ламинарно-турбулентному переходу непосредственно за шероховатостью. Места критического расположения шероховатости соответствуют области сопряжения конической и сферической профилей носика модели, что близко к углу нанесения шероховатости Q≈ 90° (Рис. 1). При достижении критических углов нанесения шероховатости число Рейнольдса, вычисленное по высоте шероховатости, достигает минимального значения (Рис.2).

 

 

Рис. 1. Носик модели.

Угол Qотсчитывается от оси симметрии конуса с центром в точке радиальной симметрии скруглённой части носика; область нанесения шероховатости заштрихована.

Рис. 2. Зависимость числа Рейнольдса, вычисленного по высоте шероховатости Ra(Re_Ra= Re1*Ra), при котором произошел ламинарно-турбулентный переход, в зависимости от угла нанесения шероховатости Q. Разным цветом указаны данные для разных Rn- радиусов притупления носовой части модели. Шероховатость моделировалась калиброванным песком. Число Маха М = 6.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта РНФ № 14-11-00490.

Разработаны математическая модель и компьютерный код для выработки рекомендаций по выбору скважин и режимов нагнетания горячей воды при добыче высоковязкой нефти из трещиновато-пористого пласта по геофизическим данным

Аннотация

Одной из технологий, позволяющей повысить нефтеотдачу залежей высоковязких нефтей, является закачка горячей воды. Разработана математическая модель и выполнена ее компьютерная реализация, в рамках которой исследованы закономерности неизотермической фильтрации двухфазной жидкости в трещиновато-пористых средах. Установлено, что эффективность применения неизотермического заводнения сильно зависит от конфигурации зоны трещиноватости (рис. 1-2). Эффективность от нагнетания горячей воды в трещиновато-пористом пласте в большинстве рассмотренных случаев выше, чем в изотропном пористом пласте (рис. 1). Анализ объёмов закачки горячей воды и динамики температуры добываемой жидкости на скважинах в сочетании с геофизическими данными позволяет прогнозировать возможное направление и размер зоны трещиноватости в пласте. При наличии геофизических данных о зонах трещиноватости разработанная математическая модель и компьютерный код позволяют выработать рекомендации по выбору скважин и режимов нагнетания горячей воды.

Ответственный исполнитель: г.н.с., д.ф.-м.н. Родионов С.П., rodionovsp@bk.ru.

Рис.1. Коэффициент извлечения нефти (синий) и прирост в результате теплового воздействия (красный) для исследованных вариантов.

Рис.2. Поля температур для исследованных вариантов на конец периода разработки (оранжевый цвет соответствует температуре 100 0С, а фиолетовый 30 0С).   – добывающая скважина,   – нагнетательная скважина,  – «трещина».