9. НАИБОЛЕЕ ЗНАЧИМЫЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ПРОЕКТЫ:

Инициативные студенты 1 курса сразу подключаются к научной работе кафедры, участвуют в написании научных статей, подают заявки на гранты, что позволяет им прокачивать свои Soft Skills и получать повышенную стипендию. В магистратуре открыто проектное обучение, где группа из 5 студентов решает сложную производственную задачу.

Основные научные результаты получены под руководством Иванова М.А. за период с 1 января 2016 года:

1. В составе международной группы ученых проведен цикл исследований контактной точечной сварки и проведена обработка большого объема быстро изменяющихся параметров сварки нейронными сетями и методами регрессионного анализа. По итогам работы были опубликованы статьи Q1 с оценкой точности работы моделей. Таким образом в области технологий машинного обучения у заведующего кафедрой ОиТСП Иванова М .А. имеется научный задел.
2. Zhao D., Ivanov M., Wang Y., Du W. Welding quality evaluation of resistance spot welding based on a hybrid approach // Journal of Intelligent Manufacturing. Volume 32, Issue 7, pp. 1819 – 1832 October 2021 DOI: 10.1007/s10845-020-01627-5 (Q1, SJR 2020 = 1,27)

https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85088399881&origin=resultslist

2. Zhao D., Ivanov M., Wang Y., Liang D., Du W. Multi-objective optimization of the resistance spot welding process using a hybrid approach // Journal of Intelligent Manufacturing. 2020. Article in press 10.1007/s10845-020-01638-2 (Q1, SJR2020=1,27)

https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85088862248&origin=resultslist

3. Zhao, D., Wang, Y., Liang, D., Ivanov, M. Performances of regression model and artificial neural network in monitoring welding quality based on power signal / Journal of Materials Research and Technology. -Vol.9, Issue 2, March 2020, Pages 1231-1240 DOI: 10.1016/j.jmrt.2019.11.050 (Q1, SJR 2020 = 0,83)

https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85076571779&origin=resultslist

2. В рамках работы “Разработка методики расчетно-экспериментальной оценки хрупкой и квазихрупкой прочности сварных соединений с концентраторами напряжений типа двугранный угол” получены следующие результаты:

– Проведены экспериментальные исследования прочности призматических образцов из органического стекла (ПММА) с v-образными концентраторами (двугранные углы 25, 90 и 120°) различной глубины при статическом трех-точечном изгибе. В конечно-элементных расчетах с использованием нелокального критерия прочности получено, что острый надрез с двугранным углом до 90° ведет к увеличению нагрузки разрушения лишь на 15-20% по сравнению с трещино-подобным вырезом (угол 25°) и хорошо согласуется с экспериментальными данными. Увеличение двугранного угла острого надреза с 25° до 120° ведет к повышению нагрузок разрушения в 1,5…2 раза.

– Проведены экспериментальные и расчётные исследования кратковременной прочности растягиваемых стержней из пластичного материала с U- и V-образными острыми надрезами. Образцы для испытаний имели U-образные надрезы с радиусом закругления 1,6 мм. Угол острых V-образных надрезов составлял 60 градусов. Глубину односторонних надрезов варьировали в диапазоне 0…3,5 мм.

Получено, что предельная нагрузка, выдерживаемая образцами с V-образными вырезами, превышает соответствующую нагрузку образцов с U-образными вырезами той же глубины из-за большего стеснения пластических деформаций материала в зоне выреза. Вырезы глубиной до 0,7 мм практически не снижают предельной нагрузки отмеченных образцов.

Результаты работы опубликованы в журнале уровня Q3.

1. Sapozhnikov S.B., Ivanov M.A., Shcherbakov I.A. The ultimate load estimation of welded joints of high-strength steels subject to mechanical and geometric heterogeneity. PNRPU Mechanics Bulletin, 2020, no. 1, pp. 99-108. DOI:10.15593/perm.mech/2020.1.08 (Q3, SJR 2020 = 0,3)

https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85085388412&origin=resultslist

2. Sapozhnikov S.B., Leshkov E.V., Ivanov M.A., Yaroslavtsev S.I., Shcherbakov I.A. Experimental and FEA short-term tensile strength assessment of U- and sharp V-notched specimens made of ductile material. PNRPU Mechanics Bulletin, 2018, no. 2, pp. 96-106. DOI: 10.15593/perm.mech/2018.2.09 (Q3, SJR 2020 = 0,3)

https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85052131612&origin=resultslist

3. Sapozhnikov S.B., Ivanov M.A., Yaroslavtsev S.I., Shcherbakov I.A. The Stress-Strain State and Failure of Structural Elements with Sharp Stress Concentrators under Bending. PNRPU Mechanics Bulletin, 2017, no.4, pp. 5-20. DOI: 10.15593/perm.mech/2017.4.04 (Q3, SJR 2020 = 0,3)

https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85046908167&origin=resultslist

3. В рамках работы «Исследование и имитационное моделирование дефектов в продольных лазерно-гибридных сварных швов труб, разработка классификатора дефектов на основании полученных данных» для Челябинского трубопрокатного завода выполнены металлографические исследования сварных соединений (определение дефектов, микротвердости, микроструктуры, химического и фазового составов), построены зависимости влияния характерного размера дефекта лазерно-гибридной сварки на работоспособность трубы. Это позволило заводу впервые в Мире разработать ТУ 1381-054-00186654-2016 “Трубы стальные прямо-шовные, изготовленные с применением лазерно-гибридной сварки (опытные партии)”. Результаты работы являются уникальными и по решению завода не опубликованы.

4. В работе с Уральским механическим заводом по свариваемости высокопрочной стали был в полной мере использован аппарат моделирования мягких швов в ESI SYSWELD, который подтвердил снижение остаточных напряжений при использовании более мягкой проволоки. Необходимо отметить, что продукция прошла заводские испытания без замечаний. Компьютерное моделирование температурных полей позволило выявить деформации и напряжения в сварной конструкции. Данный опыт используется при моделировании теплового воздействия термической правки для снижения коробления сварной конструкции. Результаты по решению завода не опубликованы.

5. Научное направление по применению мягких прослоек нашло свое отражение в работе «Разработка предложений по корректировке требований нормативных документов РС к выбору сварочных материалов и технологическим процессам сварки корпусных конструкций, изготовленных из высокопрочной стали, включая конструкции, работающие в условиях низких температур». Заказчиком НИР было федеральное автономное учреждение «Российский морской регистр судоходства», которое осуществляет контроль и правовое регулирование обеспечения безопасности мореплавания судов и объектов морского транспорта в Российской Федерации.

Основными научными результатами являются:

1) подтверждение отсутствия холодных трещин при сварке “мягкими” сварочными материалами без предварительного подогрева в диапазоне температур от –20 °С и выше

2) показано, что повышение сопротивляемости образованию холодных трещин сварных соединений с мягкими швами обусловлено образованием ферритно-бейнитной структуры с ферритом игольчатой морфологии не менее 40 % и снижением растягивающих остаточных сварочных напряжении на 100–120 МПа;

3) разработана методика оценки конструкционной прочности сварных соединений с «мягкими» угловыми швами из условия обеспечения статической прочности и усталостной долговечности.

По результатам НИР были разработаны рекомендации по совершенствованию нормативных требований РС в части обеспечения сопротивления образованию холодных трещин сварных соединений судокорпусных конструкций из высокопрочных сталей. Результаты работы внедрены ФАУ «Российский морской регистр судоходства» в часть III «Техническое наблюдение за изготовлением материалов» Правил технического наблюдения за постройкой судов и изготовлением материалов и изделий для судов, НД № 2-020101-118 (см. циркулярное письмо № 314-01-1288ц от 18.11.2019) и часть XIV «Сварка» Правил классификации и постройки морских судов, НД № 2-020101-114 (см. циркулярное письмо № 314-01-1289ц от 18.11.2019).

Результаты работы опубликованы в изданиях ВАК

1. Иванов М.А. Совершенствование требований РС к сопротивлению образованию холодных трещин сварных соединений судокорпусных конструкций из высокопрочных сталей / М.А. Иванов, А.К. Тиньгаев, И.А. Ильин // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. –2019, №54/55, с. 64-77
2. Расчетная оценка прочности механически неоднородных тавровых сварных соединений высокопрочных сталей / Алрухайми А.Г., Чернявский А.О., Иванов М.А., Тиньгаев А.К. // Сварка и диагностика. № 4 – 2019 –С. 21-25
3. Воздействие на факторы образования холодных трещин сварного соединения стали 10Г2ФБЮ посредством регулирования погонной энергии / Алрухайми А.Г., Иванов М.А., Тиньгаев А.К., Воронин С.И. // Сварочное производство. 2020. № 2. С. 3-11.

6. Развитие цифровизации и роботизации получило в новом гранте Российского научного фонда «Разработка системы автоматизированного визуального контроля сварных швов на основе нейросетевых технологий». Целью проекта является разработка системы автоматизированного визуального контроля сварных швов на основе нейросетевых технологий. Автоматизация процессов на крупных промышленных предприятиях является важнейшим направлением развития технологий индустрии 4.0. Контроль качества сварных швов в настоящее проводится преимущественно вручную. Предлагаемая к реализации система позволит проводить контроль качества сварного шва в автоматизированном режиме. Качество сварного шва предлагается определять на основе фотографий шва, полученных со сварочного робота. Данные для построения модели машинного обучения будут получены и размечены силами коллектива на основе работы сварочного робота Fanuc, имеющегося в лаборатории сварочного производства ЮУрГУ.

Оценка качества сварного шва будет проводится с применением искусственных нейронных сетей. Предполагается использование сверточных нейронных сетей для получения признаков с фотографий работы сварочного робота и рекуррентных нейронных сетей для использования фотографий, полученных в предыдущие моменты времени.

Результаты работы, принятые к опубликованию в изданиях Scopus:

1. M. Ivanov, A. Ulanov, N. Cherkasov Visual Control of Weld Defects Using Computer Vision System on FANUC Robot
2. M. Ivanov, A. Ulanov, N. Cherkasov Sensitivity Analysis of Computer Vision System for Visual Control of Butt Joints Weld Defects

Заключение

Таким образом, под руководством Иванова М.А. на кафедре ОиТСП ЮУрГУ реализовано множество реальных проектов по высокопрочным сталям в трубной отрасли и в судостроении. Работы по цифровизации опубликованы в журналах уровня Q1.