Experimental study of aluminum alloys and their welded joints for compliance with roll-over protection structures requirements according to the GOST ISO 3471-2015

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Nowadays, cabins of agricultural and construction machinery with integrated roll-over protecting structures are widely used. Using aluminum alloys is one of the ways for significant weight reduction of these load-bearing structures; however, there are issues with mechanical properties of aluminum in the welded joint zone. The recently appeared additive technologies for aluminum alloys help to obtain structures with complex shape that demonstrate high ductility and impact toughness. However, their application in development of roll-over protecting structures requires additional research to determine compliance with passive safety requirements according to the GOST ISO 3471-2015.

AIM: To study the stress-strain state of aluminum alloy specimens and their welded joint for compliance with passive safety requirements according to the GOST ISO 3471-2015.

METHODS: The experiment-simulation approach is used in this study. A universal tensile machine and an impact testing machine are used in the experiment.

RESULTS: The mechanical properties of the samples made of 3D-printed aluminum alloys and their welded joints were obtained. Their degree of compliance with passive safety requirements according to the GOST ISO 3471-2015 was established.

CONCLUSION: According to the conducted study, the potential for use of 3d-printed aluminum alloys and their welded joints in rollover protection structures of cabins in agricultural and construction machinery is confirmed.

About the authors

Denis S. Vdovin

Bauman Moscow State Technical University

Email: vdovin@bmstu.ru
ORCID iD: 0009-0002-6227-0471
SPIN-code: 9449-9230

Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor of the SM-10 Wheeled Vehicles Department

Russian Federation, Moscow

Dmitry A. Aleksandrov

Bauman Moscow State Technical University

Author for correspondence.
Email: alexandrov.d@bmstu.ru
ORCID iD: 0009-0009-9635-5415
SPIN-code: 5217-0552

Postgraduate of the SM-10 Wheeled Vehicles Department

Russian Federation, Moscow

Nikita V. Sinyukov

Bauman Moscow State Technical University

Email: sinukov_nikita@mail.ru
ORCID iD: 0009-0005-4923-2624
SPIN-code: 3449-1730

Laboratory Head of the LT-5 Development of Objects of Forestry Industry Department

Russian Federation, Moscow

Dmitry N. Rudkov

Bauman Moscow State Technical University

Email: Rudkov_dmitri@mail.ru
ORCID iD: 0009-0004-8880-5758

Laboratory Head of the LT-7 Transport and Technological Means and Equipment of Forestry Industry Department

Russian Federation, Moscow

References

  1. GOST ISO 3471-2015. Earth-moving machinery. Roll-over protective structures. Technical requirements and laboratory tests. Moscow: Russian Institute of Standardization; 2021. (In Russ.)
  2. Vdovin DC. Topology optimization in ROPS-safe design process of operator cabin for forestry, agricultural and construction machinery. Izvestiya MGTU MAMI. 2018;12(4):21–29. (In Russ.) doi: 10.17816/2074-0530-66817
  3. Stahl S, Dietz G, Bischof S, et al. Lightweight Construction of a Multipurpose Vehicle Cabin In: Engineering, Materials Science; 2019.
  4. Hydro IA. More aluminium in agricultural tractor of the future. The aluminium knowledge hub. Accessed: 25.03.2024. Available from: https://www.shapesbyhydro.com/en/sustainable-design/more-aluminium-in-agricultural-tractor-of-the-future/
  5. Naumov A, Isupov F, Rylkov E, et al. Microstructural evolution and mechanical performance of Al-Cu-Li alloy joined by friction stir welding. Journal of Materials Research and Technology. 2020;9(6):14454–14466. doi: 10.1016/j.jmrt.2020.10.008
  6. Ryl’kov EN, Isupov FY, Naumov AA, et al. Comparative Analysis of the Mechanical Properties of the Friction Stir Welding Joints of Various Aluminum Alloys. Russ. Metall. 2019:1531–1536. doi: 10.1134/S0036029519130329
  7. Panchenko O, Kurushkin D, Mushnikov I, et al. A high-performance WAAM process for Al-mg-Mn using controlled short-circuiting metaltransfer at increased wire feed rate and increased travel speed. Materials & Design. 2020;195. doi: 10.1016/j.matdes.2020.109040
  8. Vdovin DS, Levenkov YY, Chichekin IV. Prediction of fatigue life of suspension parts of the semi-trailer in the early stages of design. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020;820(1). doi: 10.1088/1757-899X/820/1/012002
  9. Vdovin DS, Levenkov YY, Chichekin IV. Light frame design for quad bike using topology optimization. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2019;589(1). doi: 10.1088/1757-899X/589/1/012026
  10. GOST 6996-66. Welded joints. Methods of mechanical properties determination. Moscow: Standartinform; 2006 (In Russ.).
  11. GOST 9454-78. Metals. Method for testing the impact strength at low, room and high temperature. Moscow: Standartinform; 2002 (In Russ.)
  12. DIN EN 755-2-2016. Aluminium and aluminium alloys — Extruded rod/bar, tube and profiles — Part 2: Mechanical properties; German version EN 755-2:2016.
  13. GOST 21631-2019. Sheets of aluminium and aluminium alloys. Specifications. Moscow: Standartinform; 2020 (In Russ.)
  14. Levenkov YaY, Vdovin DS, Aleksandrov DA. Development of aluminum alloy ROPS for front loaders. Machines and Plants: Design and Exploiting. 2023;(3):1–15 (In Russ.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The integrated rollover protective structure during testing.

Download (259KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The aluminum plate printed of the AMg5 alloy.

Download (160KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The welded plates: the printed AMg5 alloy + the 6082T4 alloy (left) and the printed AMg5 alloy + the sheet of the AMg5 alloy (right).

Download (415KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dimensions of the impact strength test samples, mm.

Download (22KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Tensile test samples: welded plates of the printed AMg5 alloy and the 6082T4 alloy, dimensions in mm.

Download (137KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Tensile test samples: welded plates of the printed AMg5 alloy and the sheet of the AMg5 alloy.

Download (139KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Tensile test samples: the printed AMg5 alloy.

Download (190KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Test equipment: а — the Zwick/Roell Allround Z100 series universal testing machine, b — the MK-30 pendulum-type impact testing machine.

Download (292KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. The destroyed samples after the impact strength test: а — the 6082T4 alloy welded with the printed AMg5 alloy, b — the AMg5 alloy welded with the printed AMg5 alloy.

Download (115KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Stress-strain diagram, (MPa and %), in the tensile test for the printed aluminum specimens without welding: 1 — specimens № 1; 2 — specimens № 2; 3 — specimens № 3.

Download (124KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Printed aluminum samples (no welding) after the tensile test.

Download (69KB)
Indexing metadata
13. Fig. 12. Stress-strain diagram, (MPa and %), in the tensile test for welded samples of the printed AMg5 alloy and the sheet AMg5 alloy: 1 —specimens № 1; 2 — specimens № 2.

Download (126KB)
Indexing metadata
14. Fig. 13. Welded samples of the printed AMg5 alloy and the sheet AMg5 alloy after the tensile test.

Download (193KB)
Indexing metadata
15. Fig. 14. Stress-strain diagram, (MPa and %), in the tensile test for welded samples of the printed AMg5 alloy and the 6082T4 alloy: 1 — specimens № 1; 2 — specimens № 2.

Download (145KB)
Indexing metadata
16. Fig. 15. Welded samples of the printed AMg5 alloy and the 6082T4 alloy after the tensile test.

Download (110KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».