Дослідження впливу температурних чинників на стан оброблених поверхонь на основі імітаційного (реологічного) моделювання
Автор: Ковальчук Павло Андрійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Технології машинобудування
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Мета та актуальність роботи Сучасні галузі машинобудування, авіакосмічна, автомобільна, медична та енергетична промисловість висувають надзвичайно високі вимоги до якості поверхневого шару деталей, включаючи шорсткість, залишкові напруги, мікротвердість, фазовий склад та трибологічні характеристики. Температура є одним із ключових технологічних параметрів практично всіх видів обробки, зокрема різання, абразивної, лазерної та плазмової обробки, адитивного виробництва, а також термічної та термомеханічної обробки. Формування температурних полів у зоні обробки значною мірою визначає реологічну поведінку матеріалу, включаючи в’язкоплинний та в’язкопружний відгук, термічне розм’якшення, динамічну рекристалізацію, фазові перетворення, термічні деформації та залишкові напруги. У підсумку це безпосередньо впливає на експлуатаційні властивості готових виробів. Традиційні експериментальні методи дослідження температурного впливу, такі як термопари, пірометрія та рентгенівська дифрактометрія залишкових напруг, є дорогими, трудомісткими та часто не дозволяють отримати повну просторово-часову картину процесів у мікро- та нанооб’ємах зони обробки. У цьому контексті імітаційне (реологічне) моделювання, засноване на методах скінченних елементів, молекулярної динаміки та в’язкопружно-пластичних конститутивних моделей, стає критично важливим інструментом, який дозволяє: • прогнозувати розподіл температур і теплових потоків з високою просторово-часовою роздільністю; • оцінювати еволюцію реологічних властивостей матеріалу за умов високих швидкостей деформування та значних температурних градієнтів; • визначати залишкові напруги, мікроструктурні зміни та шорсткість поверхні ще на етапі проектування технологічного процесу; • оптимізувати режими обробки для зниження браку, підвищення ресурсу деталей та забезпечення стабільної якості продукції. Особливо актуальним є дослідження температурного впливу для важкооброблюваних матеріалів (титанові, нікелеві та інтерметалідні сплави, кераміка, композиційні матеріали), а також при впровадженні нових «гарячих» технологій, таких як високошвидкісна, ультразвукова, лазерна, адитивна та гібридна обробка. У цих процесах температура може досягати 1000–2000?°C із швидкістю нагрівання/охолодження до 10??К/с, що робить класичні аналітичні моделі непридатними, а фізичні експерименти надто дорогими або технічно неможливими. Отже, розробка та вдосконалення реологічних моделей, які адекватно враховують температурно-залежну в’язкопластичну поведінку матеріалів у зоні інтенсивної пластичної деформації, є сучасним науково-технічним завданням найвищого пріоритету. Результати таких досліджень безпосередньо впливають на підвищення точності, продуктивності та екологічності технологічних процесів, зниження енергоспоживання та продовження ресурсу відповідальних виробів у авіації, енергетиці, медицині та оборонній промисловості. Таким чином, тема дослідження є надзвичайно актуальною як з фундаментальної точки зору — у контексті розвитку реологічного моделювання нелінійних процесів, так і з прикладної — забезпечення конкурентоспроможності високотехнологічного виробництва в умовах Індустрії 4.0 та переходу до цифрових двійників технологічних процесів.