• поступающему
• студенту
• выпускнику

Математическое моделирование процессов термомеханической обработки материалов

Название проекта: Математическое моделирование процессов термомеханической обработки материалов

Научный руководитель: Потянихин Дмитрий Андреевич, доцент кафедры математики, кандидат физико-математических наук

Научный коллектив: Пономарева Анастасия Евгеньевна, лаборант-исследователь

Одним из направлений повышения эффективности литейного производства и конкурентоспособности получаемых отливок является улучшение их качества при снижении себестоимости. Это требует разработки новых и усовершенствования известных технологий, позволяющих получать более стабильные результаты, обеспечивающие изготовление отливок с заданными свойствами. Перспективным направлением снижения себестоимости литья являются технологии, основанные на применении термитных смесей. Основой термитных смесей служит смесь стружки алюминия и порошка окалины. Продуктами их взаимодействия являются термитный металл, восстановленный из окалины, и шлак. Применяемые для составления термитных смесей стружка алюминия, стали и чугуна являются отходами механообработки, окалина – отходом прокатного производства. Поэтому такая технология является еще и привлекательной с экологической точки зрения.

Целью проекта является разработка адекватной корректной математической модели процесса выплавки термитной стали из отходов металлургических и машиностроительных предприятий; численное исследование влияния состава композиций, параметров исходных материалов, определение необходимых пропорций смеси для получения термитного металла с заданными свойствами. На основе численного исследования модели планируется оценить распределение физико-химических характеристик изучаемого процесса и сформулировать рекомендации по оптимизации процесса. Проект выполняется в тесном контакте с сотрудниками Института машиноведения и металлургии ДВО РАН (г. Комсомольск-на-Амуре).

В рамках первого этапа была построена математическая модель и проведены первые вычислительные эксперименты. Изучался процесс образования жидких фаз при гравитационном горении алюмотермитной шихты. Была составлена связанная математическая модель экзотермической реакции горения порошковых алюмотермитных смесей, включающая учет теплофизических, кинетических и гидродинамических явлений. Зона, в которой происходит химическая реакция, представляет тонкий слой, отделяющий шихту от расплава термитного металла и шлака. Для описания механических явлений использовалась реологическая модель Максвелла. Для дальнейшего параметрического исследования модели в рамках проекта также проводятся натурные эксперименты, результаты которых будут использованы для верификации численных решений.

Публикации, выполненные в рамках проекта

1. D.A. Potianikhin, O.N. Komarov, Mathematical Model of Iron Reduction with Aluminothermic Method. Advanced Materials Research, Vol. 1040 (2014) pp 484-488.

2. Сапченко И.Г., Комаров О.Н., Жилин С.Г., Потянихин Д.А., Предеин В.В., Пономарева А.Е. Исследование влияния KCl и NaCl на процесс получения и свойства стали при алюмотермитном восстановлении железа // Современные проблемы науки и образования. 2014. №6.

3. Сапченко И.Г., Жилин С.Г., Комаров О.Н., Потянихин Д.А., Предеин В.В. Физико-механические свойства структур сталей, получаемых высокотемпературным синтезом // Современные проблемы науки и образования. 2014. №6.

4. Жилин С.Г., Комаров О.Н., Потянихин Д. А., Сапченко И.Г. Математическое моделирование продвижения фронта жидких фаз в процессах горения металлотермических композиций // Материалы VIII Всероссийской конференции по механике деформиру-емого твердого тела (Чебоксары, 16–21 июня 2014 г. ) : в 2 ч. Ч. 1 / под ред. Н. Ф. Морозова, Б. Г. Миронова, А. В. Манжирова. – Чебоксары : Чуваш. гос. пед. ун-т, 2014. С. 151-155

5. Сапченко И.Г., Комаров О.Н., Жилин С.Г., Потянихии Д.А. Физико-механические свойства структур сталей, получаемых высокотемпературным синтезом // Тезисы докладов Международной конференции «Физическая мезомеханика многоуровневых систем-2014. Моделирование, эксперимент, приложения» 3-5 сентября 2014 г., Томск, Россия. - Томск: ИФПМ СО РАН, 2014. - С.239-240

6. Potianikhin D.A., Komarov O.N. Mathematical modelling of the aluminothermic iron reduction process // XLII Summer School-Conference "Advanced Problems in Mechanics", June 30 – July 5, 2014, St.Petersburg (Repino), Russia, APM 2014, Book Of Abstracts, p.102

7. Потянихин Д.А., Комаров О.Н. Математическое моделирование алюмотермитного процесса восстановления железа из отходов машиностроительных и металлургических предприятий // Материалы X Международной конференции по неравновесным процес¬сам в соплах и струях (NPNJ'2014), 25-31 мая 2014 г., Алушта. — М.: Изд-во МАИ, 2014. – С. 163 – 165.

8. Потянихин Д.А., Пономарева А.Е. Об учете инертных наполнителей в математической модели горения металлотермических композиций // Дальневосточная школа-семинар «Фундаментальная механика в качестве основы совершенствования промышленных технологий, технических устройств и конструкций» 30 сентября – 3 октября 2014 г.: тезисы докладов. Владивосток: ИМиМ ДВО РАН, 2014. – С. 37.

9. Д.А. Потянихин, А.Е. Пономарева. Математическая модель производства стали алюмотермитным способом // Современные проблемы математики: Материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, приуроченной к 105-летию педагогического образования на Дальнем Востоке/ Отв. редактор Е.А. Калинина. Владивосток: Дальневосточный федеральный университет, 2014 г. – С. 23-24.