Про вибір просторового положення для лазерного зварювання алюмінієвого сплаву АМг6М

Про вибір просторового положення для лазерного зварювання алюмінієвого сплаву АМг6М = On choice of spatial position for laser welding of AMg6M aluminium alloy / А. В. Бернацький, В. Д. Шелягін, О. В. Сіора, О. М. Берднікова, І. М. Клочков, В. М. Сидорець // Зб. наук. пр. НУК. – Миколаїв : НУК, 2019. – № 1 (475). – С. 19–24.Анотація. Мета. Метою дослідження було встановлення впливу просторового положення під час лазерного зварювання алюмінієвого сплаву АМг6М на якість, механічні характеристики та структурні параметри з’єднань. Методика. У пластинах алюмінієвого сплаву АМг6М товщиною 6 мм робили провари лазерним випромінюванням, за різних просторових положеннях зварювання – від горизонтального до вертикального. Лазерне зварювання виконували «на підйом» та «на спуск». Проводили оцінку якості одержаних проварів за результатами візуального, радіографічного контролю та аналізу даних металографічних досліджень. Визначали, під яким кутом нахилу пластини одержується найбільш якісне з’єднання з найменшою кількістю дефектів. На обраному режимі виконували зварювання стикових з’єднань зі сплаву АМг6М товщиною 2 мм. За результатами механічних випробувань, візуального, радіографічного контролю та металографічних досліджень цих стикових з’єднань виконували оцінку їхньої якості за критеріями діючих стандартів. Результати. За всіх кутів нахилу в зразках з алюмінієвого сплаву АМг6М виявлено ланцюжки пор по всій довжині шва. Аналіз рентгенограм показує тенденцію зменшення як кількості, так й розміру пор, у разі зменшення кута нахилу з 90° до 45°, та їх зростання в разі подальшого зменшення кута нахилу до 0°. Така закономірність спостерігається під час зварювання як «на спуск», так і «на підйом». Найменшу кількість пор зафіксовано під час зварювання «на спуск» із кутом нахилу з 60°. Установлено, що ланцюжки пор переважно формуються в кореневій частині шва. Тому цей дефект може бути ліквідований шляхом досягнення повного провару під час зварювання на підкладці, коли примусово сформований зворотний валик шва, який містить більшість дефектів, видаляється шляхом механічної обробки. Наукова новизна. Вперше встановлено, що для забезпечення більш стабільного формування якісного стикового зварного з’єднання з алюмінієвого сплаву АМг6М та запобігання виходу з ладу лазерного обладнання процес зварювання необхідно проводити у вертикальному просторовому положенні «на підйом». Практична значимість. Одержані авторами результати використані під час створення технологічних рекомендацій з виготовлення зварних ребристих панелей для деталей та конструкцій ракетно-космічної техніки.Abstract. Purpose. The aim of the study was to determine the effect of the spatial position of the laser welding of aluminum alloy AMg6M on the quality, mechanical characteristics and structural parameters of the joints. Method. In the plates of aluminum alloy AMg6M 6 mm thick, meltdowns (not the entire thickness of the plate) by laser beam at different spatial positions of welding from horizontal to vertical was made. Laser welding was produced upward and downward. An assessment of the quality of the obtained meltdowns based on the results of visual, radiography control and analysis of microscopy research data was carried out. The tilt angle of the plate to obtain the highest quality joint with the least amount of defects was determined. In the selected mode, welding of 2 mm thick AMg6M alloy butt joints was produced. Quality evaluation of these butt joints according to criteria of the current standards were carried out based on mechanical tests, visual and radiography examinations, and microscopy research. Results. In samples of aluminium alloy AMg6M chains of pores were found along the entire length of the weld at all tilt angles. The X-ray analysis shows a tendency to decrease both the number and size of pores, with a decrease of the slope from 90° to 45°, and their increase with a further decrease of the slope to 0°. This regularity is observed when both downward and upward welding. The smallest number of pores is recorded when downward welding with tilt angle of 60°. It is revealed that the chains of pores are formed mainly in the root part of the weld. Therefore, this defect can be eliminated by achieving a complete meltdown at welding on the substrate, when a force formed back weld containing most of the defects is removed by machining. Scientific novelty. First time it is revealed, to ensure a more stable formation of high-quality welded joints of aluminum alloy AMg6M and prevent failure of the laser equipment, the welding process must be carried out in an upward vertical spatial position. Practical importance. The results obtained by the authors were used to create technological recommendations for the manufacture of welded stringer panels for parts and structures of space engineering

Оптимізація трансмісії гусеничного транспортера-тягача МТ-ЛБ за масою: система обмежень та послідовність їхньої перевірки

Solving the problem of optimizing for transmission of light multipurpose tracked load-carrier/prime mover MT-LB is a perspective area of research because it improves the mass characteristics of the machine, to ensure the load capacity and durability of transmission at upgrading. Optimization objective function by weight was built, which is quite correct transmission models. It takes into account the geometry, dimensions, weight and strength properties of the main parts and aggregates. Variables planning are defined, which selected as basic geometric parameters of gearings: modules and number of teeth. A system of constraints on design variables was constructed, a technique for dynamically changing the constraints on the teeth number for gearbox was proposed. Also, a sequence of constraint checking is proposed, which will reduce the amount and time of calculations to find the best solution.Розв'язання задачі оптимізації трансмісії легкого багатоцільового гусеничного транспортера-тягача МТ-ЛБ є перспективним напрямкомдосліджень, тому що дозволяє поліпшити масові характеристики машини, забезпечити навантажувальну здатність та довговічність трансмісії при модернізації. Побудовано цільову функцію оптимізації за масою, яка досить коректно враховує основні показники трансмісії. Визначені змінні проектування, у якості яких обрані основні геометричні параметри зачеплень: модулі та числа зубців. Було побудовано системуобмежень на змінні проектування та запропоновано методику динамічного змінення обмежень на числа зубців коробки передач. Такожзапропоновано послідовність перевірки обмежень, яка дозволить зменшити обсяг та час розрахунків для знаходження найкращого рішення

ПОБУДОВА ЦІЛЬОВОЇ ФУНКЦІЇ ОПТИМІЗАЦІЇ ТРАНСМІСІЇ ГУСЕНИЧНОГО ТРАНСПОРТЕРА-ТЯГАЧА МТ-ЛБ ЗА МАСОЮ

Solving the problem of optimizing for transmission of light multipurpose tracked load-carrier/prime mover MT-LB is a perspective area of research because it improves the mass characteristics of the machine, to ensure the load capacity and durability of transmission at upgrading. Optimization objective function by weight was built, which is quite correct transmission models. It takes into account the geometry, dimensions, weight and strength properties of the main parts and aggregates. Variables planning are defined, which selected as basic geometric parameters of gearings: modules m and number of teeth z1, z2. Also the dimension of the problem calculate. The system of limits imposed on the variable planning are imposed. They allow you to efficiently define search space and fully characterize all conditions of geometry, structure, strength and other indicators of transmission. In further studies planned election methods for solving the optimization problem, the construction of the applied methods and algorithms, performance testing and verification calculations for verification and evaluation of the theoretical resultsРешение задачи оптимизации трансмиссии легкого многоцелевого гусеничного транспортера-тягача МТ-ЛБ является перспективным направлением исследований, так как позволяет улучшить массовые характеристики машины, обеспечить нагрузочную способность и долговечность трансмиссии при модернизации. Построена целевая функция оптимизации по массе, которая достаточно корректно учитывает основные показатели трансмиссии. Определены переменные проектирования, в качестве которых выбраны основные геометрические параметры зацеплений: модули m и числа зубьев z1, z2. Также определена размерность задачи. В дальнейших исследованиях планируется избрание методов решения задачи оптимизации, построение прикладных методик и алгоритмов, выполнение тестовых и проверочных расчетов для подтверждения и оценки полученных теоретических результатовРозв'язання задачі оптимізації трансмісії легкого багатоцільового гусеничного транспортера-тягача МТ-ЛБ є перспективним напрямком досліджень, тому що дозволяє поліпшити масові характеристики машини, забезпечити навантажувальну здатність та довговічність трансмісії при модернізації. Побудовано цільову функцію оптимізації за масою, яка досить коректно враховує основні показники трансмісії. Визначені змінні проектування, у якості яких обрані основні геометричні параметри зачеплень: модулі m та числа зубців z1, z2. У подальших дослідженнях планується вибір методів розв'язання задачі оптимізації, побудова прикладних методик і алгоритмів, виконання тестових і перевірочних розрахунків щодо підтвердження та оцінки отриманих теоретичних результаті

Multi-criteria optimization of tracked vehicle transmissions

The article is devoted to the problem of computer modeling of rational design of tracked vehicle transmissions with multiple criteria. The problems of finding optimal geometric parameters that satisfy several quality criteria. All the complexity of the layout and the relationship of the parameters make difficult their choice, which is simplified when using approaches of mathematical optimization. Using the famous pseudo-random method LPτ-search with the author's modification made it possible to avoid problems associated with the discreteness and the number of parameters. The main optimization criteria for transmission are minimum center distance, minimum length, minimum mass, and maximum uptime probability. To solve this problem, the problem was formulated and design parameters with constraints were specified, criteria were recorded and a transformation from multicriteria to a single criterion was proposed. The approach is based on analysis of test points that obtained using LPτ-search, and further processing of the information received. The approach of transformation from many criteria to one is proposed by introducing the scale of importance by the designer and assigning the importance of each of the criteria, finding the desired solution for each trial point of relative offset, which is proposed to be used as a unifying criterion. Basic schemes and flowcharts of the algorithm elements are provided. The implementation of the computer model was carried out in the Delphi 7 environment

КОМП'ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ОПТИМАЛЬНО-РАЦІОНАЛЬНОГО ПРОЕКТУВАННЯ ТРИВАЛЬНИХ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ

The article is devoted to the problem of computer modeling of rational design of three-shaft gearboxes according to criteria of minimum center distance, length and mass taking into account load capacity of the main elements. Existing methods and approaches to optimization coaxial step machine drives and the basis of common methods of mathematical optimization were considered, on the basis of which the direction of the improvement of methods optimization three-shaft gearboxes was chosen. An algorithm is combination of methods of LPτ-sequences and narrowing of parameters space. The chart of optimization algorithm is resulted. The stages of calculations and feature of optimization algorithm work are consistently described. The replacing the logic operations in LPτ-sequences is proposed. This allowed to obtain test points with coordinates, which are natural numbers. The implementation of the methodology in the form of a complex algorithm is given, which combines the objective functions, limits and methods of optimization with the rational sequence of check limits, narrowing of parameters space and the analysis and treatment of the obtained results. The algorithm was implemented in Delphi 7Статья посвящена задаче компьютерного моделирования оптимально-рационального проектирования трехвальных коробок передач по критериям минимальных межосевого расстояния, длины и массы с учетом нагрузочной способности основных элементов. Разработана компьютерная модель оптимально-рационального проектирования трехвальных коробок передач, которая включает все аспекты проектирования по рекомендованной комбинированной методике на основе совмещения методов ЛПτ-поиска и сужения окрестностей, что позволяет упростить процесс проектирования и избежать недостатков двух методов, а также организацию многоуровневого зондирования, которое позволяет значительно увеличить количество пробных точек для повышения точности полученных данных. Предоставлено основные схемы и блок-схемы элементов алгоритма. Реализация компьютерной модели осуществлялась в среде Delphi 7Стаття присвячена задачі комп’ютерного моделювання оптимально-раціонального проектування тривальних коробок передач за критеріями мінімальних міжосьової відстані, довжини та маси з врахуванням навантажувальної здатності основних елементів. Розроблено комп’ютерну модель оптимально-раціонального проектування тривальних коробок передач, яка включає всі аспекти проектування за рекомендованою комбінованою методикою на основі суміщення методів ЛПτ-пошуку та звуження околів, що дає змогу спростити процес проектування та уникнути недоліків цих двох методів, а також організацію багаторівневого зондування, яке дає змогу значно збільшити кількість пробних точок для підвищення точності отриманих даних. Надано основні схеми та блок-схеми елементів алгоритму. Реалізація комп'ютерної моделі здійснювалася у програмному середовищі Delphi

Підвищення опору втоми зварювальних сполук високоміцного алюмінієвого сплаву 2024-Т3 високочастотною механічною проковою

The impact of the post-welding treatment by the high-frequency mechanical hammering (HMT) on the fatigue resistance of the welded joints of the high-strength AA2024-T3 aluminum alloy with thickness of 2 mm has been stiduied. These welded joints are produced with the highly productive welding by the consumable electrode in the inert gas medium (MIG-Pulse). The optimal HMT parameters  are offered which provide the resistance increase of the studied joints fatigue on the base of the 2×106 loading cycles up to 40 %. Исследовано влияние послесварочной обработки высокочастотной механической проковкой (ВМП) на сопротивление усталости сварных соединений высокопрочного алюминиевого сплава АА2024-Т3 толщиной 2 мм, выполненных высокопроизводительной сваркой плавящимся электродом в среде инертных газов (MIG-Pulse). Предложены оптимальные параметры ВМП, обеспечивающие повышение сопротивления усталости исследуемых соединений на базе 2×106 циклов нагружений до 40 %.Досліджено вплив післязварювальної обробки високочастотним механічним проковуванням (ВМП) на опір втомі зварних з’єднань високоміцного алюмінієвого сплаву АА2024-Т3 товщиною 2 мм, виконаних високопродуктивним зварюванням плавким електродом у середовищі інертних газів (MIG-Pulse). Запропоновано оптимальні параметри ВМП, що забезпечують підвищення опору втомі досліджуваних з’єднань на базі 2×106 циклів навантаження до 40 %

АЛГОРИТМ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТУВАННЯ ТРАНСМІСІЇ ГУСЕНИЧНОГО ТРАНСПОРТЕРА-ТЯГАЧА МТ-ЛБ ЗА МАСОЮ

Solving the problem of optimizing for transmission of light multipurpose tracked load-carrier/prime mover MT-LB is a perspective area of research because it improves the mass characteristics of the machine, to ensure the load capacity and durability of transmission at upgrading. A system of constraints on variables planning and the sequence of their verification in the order of growth of the estimated volume of computing is constructed. This allows you to significantly reduce the total settlement time. The applied methodology and detailed algorithm for optimal design of the transmission has been developed. They take into account the constructive, technical and technological features. They also allow to reduce the error of the calculations due to the error-control of the calculations of gear ratios and the equality of the axes distance for gearbox and additional reducer meshing's. The algorithm contains following ethics: the task of the input data; generation of an external LPτ-sequence; check the relevant constraints; checking the limit constraints on the inter-axes distances; calculation for the test point of gear ratios; determination of boundary numbers of teeth; generation of internal LPτ-sequence; check the relevant constraints; search for the best option; increase the accuracy of calculations; clarification of parameters; additional verification calculations.Розв'язання задачі оптимізації трансмісії легкого багатоцільового гусеничного транспортера-тягача МТ-ЛБ є перспективним напрямком досліджень, тому що дає змогу поліпшити масові характеристики машини, забезпечити навантажувальну здатність та довговічність трансмісії при модернізації. Побудовано систему обмежень, які накладаються на змінні проектування, та послідовність їхньої перевірки у порядку зростання орієнтовного обсягу обчислень, що дає змогу суттєво зменшити загальний час розрахунків. Розроблено прикладну методику та докладний алгоритм оптимального проектування трансмісії. Вони враховують конструктивні, технічні та технологічні особливості останньої, а також дають змогу підвищити точність розрахунків за рахунок керуванням похибками обчислень передавальних відношень та рівності міжосьових відстаней зачеплень коробки передач та додаткового редуктора трансмісії. Алгоритм містить наступні етапи: ввід вхідних даних; генерування зовнішньої ЛПτ-послідовності; перевірка відповідних обмежень; перевірка обмеження на міжосьові відстані; розрахунок для пробної точки передавальних відношень коробки передач; визначення граничних чисел зубців; генерування внутрішньої ЛПτ-послідовності; перевірка відповідних обмежень; пошук найкращого варіанта; збільшення точності розрахунків; уточнення параметрів; додаткові перевірочні розрахунки

ПРИКЛАД БАГАТОКРИТЕРІАЛЬНОЇ ОПТИМІЗАЦІЇ ДВОСТУПІНЧАСТОГО РЕДУКТОРА ЗА ДОПОМОГОЮ МОДИФІКОВАНОГО ЕВОЛЮЦІЙНОГО АЛГОРИТМУ

The work is devoted to solving the problem of selecting optimal geometric parameters of gears of a two-stage cylindrical reducer using a modified evolutionary algorithm (EA). The statement of the problem is considered, design parameters, objective functions, limitations on design parameters are determined. This allowed us to propose a modification of EA. To generate the initial test points, it was proposed to use the LP-τ sequence, this allowed us to reduce the initial population of test points and bring EA closer to a truly «random» process. The scheme of the proposed algorithm is considered, which gives an idea of the sequence of operations that are carried out with populations of test points at each stage of the evolutionary process. The solution of the specific problem of selecting optimal parameters for a serial reducer is given. The input data, numerical and functional limitations are determined, the objective functions are formed. The results of the solution are shown in several presentation formats: tabular and graphical, which allows to qualitatively interpret and analyze the results. The approach of transition from many criteria to one is proposed by introducing the scale of importance by the designer and assigning the importance of each of the criteria, finding the desired solution for each trial point of relative bias, which is proposed to be used as a unifying criterion. Conclusions are made about testing the proposed algorithm for solving a specific problem of optimal design. Further ways of improving this methodology are proposed.Робота присвячена розв’язанню задачі вибору оптимальних геометричних параметрів зачеплень двоступеневого циліндричного редуктора у випадку багатьох критеріїв при використанні модифікованого еволюційного алгоритму (ЕА). Розглядається актуальність задачі, записано параметри проектування, цільові функції, обмеження на параметри проектування. Виходячи з окресленої постановки задачі, було запропоновано модифікований ЕА. Для створення початкових тестових точок було запропоновано використовувати LP-τ послідовність, це дає змогу зменшити початкову популяцію точок і наблизити ЕА до справді «випадкового» процесу. Розглянута схема запропонованого алгоритму, яка дає уявлення про послідовність операцій, які проводяться з популяціями тестових точок на кожному етапі еволюційного процесу. Пропонується підхід, який дає змогу перейти від багатьох критеріїв до одного шляхом введення конструктором шкали важливості та присвоєння важливості кожного з критеріїв, пошуку зміщення розв’язання для кожної пробної точки відносно бажаного, яке пропонується використовувати як об'єднуючий критерій. Наведено розв’язання конкретної задачі вибору оптимальних параметрів для редуктора. Для наданої задачі визначаються вхідні дані, числові та функціональні обмеження, формуються цільові функції. Результати розв’язання показані у кількох форматах презентації: табличному та графічному, що дає змогу якісно інтерпретувати та аналізувати результати. Зроблено висновки щодо тестування запропонованого алгоритму для розв’язання конкретної задачі оптимізації конструкції. Запропоновано подальші шляхи вдосконалення цієї методології

Розрахунково-експериментальна методика визначення зварювальних деформацій та напружень на основі застосування методу цифрової кореляції зображень

The object of this study is determining the stressed-strained state (SSS) of a welded article by applying quantitative non-destructive testing. The relevance of the study is associated with the need to devise a universal methodology for the non-destructive quantification of SSS using the simplest approaches and means of provision. To solve this task, an estimation-experimental procedure has been developed. This procedure is based on comparing digital stereo images of the individual sections (spatial primitives) of an article before and after its welding, followed by computer processing. To validate the developed procedure, the SSS of a cylindrical article made of aluminum alloy 7005, at the end of which two flanges were welded laserly with ring seams, was determined. It was established that after performing four diametrically opposed point tacks, the residual deformations of the ends of the article can reach 0.02–0.05 mm, and after performing continuous ring seams – to decrease to 0.01–0.02 mm. The calculation showed that the residual deformations of the end of the article after welding a ring seam are at the level of 0.02 mm, and the residual stresses in the same zone – in the range of 50–60 MPa. The deviation in the coincidence of residual deformations is in the range of 10–20 %, which is a satisfactory result and can be considered as an error in the results of determining SSS in general. Based on the developed methodology for determining SSS, an experimental industrial complex has been created that allows TIG and PAW to perform welding of objects from steels and alloys with the ability to determine the resulting stressed-strained state of these objects. The procedure devised and the equipment designed can be used for to non-destructively determine SSS of spatial structures made of steels and alloysОб’єктом дослідження є визначення напружено-деформованого стану (НДС) звареного виробу шляхом застосування кількісного неруйнівного контролю. Актуальність дослідження пов’язана із необхідністю створення універсальної методики неруйнівного кількісного визначення НДС з використанням найпростіших підходів та засобів забезпечення. Для вирішення даної проблеми розробили розрахунково-експериментальну методику. Дана методика базується на порівнянні цифрових стереозображень окремих ділянок (просторових примітивів) виробу до і після його зварювання з подальшою комп'ютерною обробкою. Для апробації розробленої методики провели визначення НДС циліндричного виробу з алюмінієвого сплаву 7005, на торці якого приварювалися лазерним способом кільцевими швами два фланці. Встановлено, що після виконання чотирьох діаметрально протилежних точкових прихваток залишкові деформації торців виробу можуть сягати 0,02–0,05 мм, а після виконання неперервних кільцевих швів – знижуватися до 0,01–0,02 мм. Розрахунок показав, що величини залишкових деформацій торця виробу після зварювання кільцевого шва знаходяться на рівні 0,02 мм, а залишкових напружень у цій же зоні – в межах 50–60 МПа. Відхилення у збігу залишкових деформацій перебуває у межах 10–20 %, що є задовільним результатом і може розглядатися як похибка результатів визначення НДС загалом. На основі розробленої методики визначення НДС створено дослідно-промисловий комплекс, що дозволяє виконувати TIG та PAW зварювання об'єктів зі сталей та сплавів з можливістю визначення одержуваного в результаті напружено-деформованого стану цих об'єктів. Створені методика та обладнання можуть застосовуватися для неруйнівного визначення НДС просторових конструкцій зі сталей і сплаві