OBRABOTKAMETALLOV Vol. 28 No. 2 2026 337 MATERIAL SCIENCE методом SPH в программном комплексе Ansys Autodyn при скорости точки контакта 2500 м/с и углах соударения 9,5°, 12° и 14,5°; – исследование морфологии границы раздела в зависимости от угла соударения; – анализ влияния угла соударения на давление, температуру, эффективную пластическую деформацию и скорость деформации в зоне соединения; – определение оптимального угла соударения, обеспечивающего формирование качественного биметаллического соединения. Методика исследований Численное моделирование проводилось в программном пакете Ansys Autodyn 2020 R2 с применением бессеточного метода гидродинамики сглаженных частиц, который широко используется при моделировании сварки взрывом [24, 25]. Моделирование осуществлялось в двумерной постановке. Схема расчетной области представлена на рис. 1. В качестве метаемой заготовки выступала пластина из алюминиевого сплав а марки А5 (Al) размерами 2×15 мм. Неподвижная пластина размерами 1×15 мм была выполнена из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т (SS). Скорость точки контакта во всех случаях составляла VK = 2500 м/c. Угол соударения γ варьировался в диапазоне от 9,5° до 14,5° с шагом 2,5°. Начальная температура всех частиц принималась равной 293 К. Для обоснования выбора размера частиц SPH была проведена серия расчетов с размерами частиц 7,5…200 мкм. Анализ внутренней энергии системы показал, что при размере 10 мкм и мельче ее значения стабилизируются в пределах менее 5 %, что указывает на хорошую сходимость решения. Таким образом, для данного исследования размер частиц был выбран равным 10 мкм, а общее количество частиц составило 450 000. Кинематические параметры соударения определялись на основе геометрического анализа параллельной схемы сварки по формулам, приведенным в работе [26], и использовались для задания начальных условий при моделировании. На внешних поверхностях пластин заданы условия свободной границы, что является стандартным подходом в задачах высокоскоростного косого соударения. В качестве уравнения состояния в настоящем исследовании использовалась модифицированная модель Ми – Грюнайзена, а в качестве модели прочности – модель Джонсона – Кука. Обе эти модели реализованы в Ansys Autodyn и широко применяются для моделирования процессов высокоскоростных соударений, сопровождающихся большими пластическими деформациями [27]. Константы материалов, используемых в уравнении Джонсона – Кука, а также в уравнении состояния Ми – Грюнайзена, представлены в табл. 1 и 2. Для оценки влияния угла соударения на температурные и деформационные процессы была проведена серия расчетов с постоянной скоростью точки контакта VK = 2500 м/с и различными углами соударения γ (9,5°, 12° и 14,5°). При моделировании анализировались величины температуры, давления, эффективной пластической деформации и скорости деформации в зоне соударения. Результаты и их обсуждение В данном разделе представлены результаты численного моделирования процесса высокоскоростного соударения пластин алюминия А5 и стали 12Х18Н10Т при различных углах соударения γ (9,5°, 12° и 14,5°). Анализ проводился на основе морфологии сварного соединения (рис. 2), распределения полей давления, температуры, эффективной пластической деформации и скорости деформации (рис. 3, 4), а также их временных зависимостей (рис. 5, 6). На рис. 2 представлены особенности формирования межслойной границы в процессе высоРис. 1. Расчетная область до начала соударения Fig. 1. Computational domain before the collision
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1