Релаксация остаточных напряжений в поверхностно упрочнённом полупространстве в условиях ползучести


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Предложен метод решения задачи релаксации остаточных напряжений в поверхностно упрочнённом слое полупространства в условиях ползучести. На первом этапе решена задача восстановления напряжённо-деформированного состояния в полупространстве после процедуры поверхностного пластического деформирования на основании частично известной информации о распределении одной компоненты тензора остаточных напряжений, определённой экспериментально. На втором этапе решена задача релаксации самоуравновешенных остаточных напряжений в условиях ползучести на основе численного метода. Для решения задачи введена декартова система координат: плоскость x0y совмещена с упрочнённой поверхностью полупространства, а ось 0z направлена по глубине упрочнённого слоя. Введены гипотезы плоских сечений, параллельных плоскостям x0z и y0z. Выполнен детальный теоретический анализ поставленной задачи. Для проверки адекватности численного метода выполнено сравнение расчётных значений с экспериментальными данными в плоских образцах (прямоугольные параллелепипеды) из сплава ЭП742 при T = 650 °С после ультразвукового упрочнения при четырёх режимах упрочнения. Поскольку глубина залегания остаточных напряжений на два порядка меньше характерного размера образца, в качестве математической модели плоского образца использовано полупространство. Показано, что для всех четырёх режимов упрочнения расчётные и экспериментальные значения остаточных напряжений после процесса ползучести хорошо согласуются. Показано, что в процессе ползучести происходит уменьшение (по модулю) сжимающих остаточных напряжений в 1.4-1.6 раза.

Об авторах

Владимир Павлович Радченко

Самарский государственный технический университет

Email: radch@samgtu.ru
(д.ф.-м.н., проф.; radch@samgtu.ru; автор, ведущий переписку), заведующий кафедрой, каф. прикладной математики и информатики Россия, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Татьяна Игоревна Бочкова

Самарский государственный технический университет

Email: tanechka.bochkova@mail.ru
магистрант, каф. прикладной математики и информатики Россия, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Виталий Владимирович Цветков

Самарский государственный технический университет

Email: vi.v.tsvetkoff@mail.ru
аспирант, каф. прикладной математики и информатики Россия, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Список литературы

  1. Биргер И. А. Остаточные напряжения. М.: Машгиз, 1963. 262 с.
  2. Павлов В. Ф., Кирпичёв В. А., Иванов В. Б. Остаточные напряжения и сопротивление усталости упрочнённых деталей с концентраторами напряжений. Самара: СНЦ РАН, 2008. 64 с.
  3. Иванов С. И., Павлов В. Ф., Минин Б. В., Кирпичёв В. А., Кочеров Е. П., Головкин В. В. Остаточные напряжения и сопротивление усталости высоконагруженных резьбовых деталей. Самара: СНЦ РАН, 2015. 170 с.
  4. Гриченко И. Г. Упрочнение деталей из жаропрочных и титановых сплавов. М.: Машиностроение, 1971. 120 с.
  5. Кравченко Б. А., Круцило В. Г., Гутман Г. Н. Термопластическое упрочнение - резерв повышения прочности и надежности деталей машин. Самара: СамГТУ, 2000. 216 с.
  6. Сулима Г. Н., Шувалов В. А., Ягодкин Ю. Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. М.: Машиностроение, 1988. 240 с.
  7. Радченко В. П., Саушкин М. Н. Ползучесть и релаксация остаточных напряжений в упрочнённых конструкциях. М.: Машиностроение-1, 2005. 226 с.
  8. Altenberger, I., Nalla, R. K., Sano, Y., Wagner, L., Ritchie, R. O. On the effect of deeprolling and laser-peening on the stress-controlled low- and high-cycle fatigue behavior of Ti-6-Al-4V at elevated temperatures up to 550 °С // Int. J. Fatigue, 2012. vol. 44. pp. 292-302. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2012.03.008.
  9. Brockman, R. A., Braisted W. R., Olson S. E., Tenaglia R. D., Clauer A. H., Langer K., Shepard M. J. Prediction and characterization of residual stresses from laser shock peening // Int. J. Fatigue, 2012. vol. 36, no. 1. pp. 96-108. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2011.08.011.
  10. Dai K., Shaw L. Analysis of fatigue resistance improvements via surface severe plastic deformation // Int. J. Fatigue, 2008. vol. 30, no. 8. pp. 1398-1408. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2007.10.010.
  11. James M. N., Hughes D. J., Chen Z., Lombard H., Hattingh D. G., Asquith D., Yates J. R., Webster P. J. Residual stresses and fatigue performance // Engineering Failfure Analysis, 2007. vol. 14, no. 2. pp. 384-395. doi: 10.1016/j.engfailanal.2006.02.011.
  12. Majzoobi G.H., Azadikhah K., Nemati J. The effects of deep rolling and shot peening on fretting fatigue resistance of Aluminum-7075-T6 // Materials Science and Engineering A, 2009. vol. 516, no. 1-2. pp. 235-247. doi: 10.1016/j.msea.2009.03.020.
  13. Soady K. A. Life assessment methodologies incoroporating shot peening process effects: mechanistic consideration of residual stresses and strain hardening Part 1 - effect of shot peening on fatigue resistance // Materials Science and Technology (United Kingdom), 2013. vol. 29, no. 6. pp. 637-651. doi: 10.1179/1743284713Y.0000000222.
  14. Terres M. A., Laalai N., Sidhom H. Effect of nitriding and shot-peening on the fatigue behavior of 42CrMo4 steel: Experimental analysis and predictive approach // Materials and Design, 2012. vol. 35. pp. 741-748. doi: 10.1016/j.matdes.2011.09.055.
  15. Радченко В. П., Саушкин М. Н. Математические модели восстановления и релаксации остаточных напряжений в поверхностно упрочнённом слое цилиндрических элементов конструкций при ползучести // Изв. вузов. Машиностроение, 2004. № 11. С. 3-17.
  16. Радченко В. П., Саушкин М. Н. Прямой метод решения краевой задачи релаксации остаточных напряжений в упрочнённом изделии цилиндрической формы при ползучести // ПМТФ, 2009. Т. 50, № 6. С. 90-99.
  17. Радченко В. П., Кочеров Е. П., Саушкин М. Н., Смыслов В. А. Экспериментальное и теоретическое исследование влияния растягивающей нагрузки на релаксацию остаточных напряжений в упрочненном цилиндрическом образце в условиях ползучести // ПМТФ, 2015. Т. 56, № 2. С. 169-177. doi: 10.15372/PMTF20150217.
  18. Радченко В. П., Цветков В. В. Кинетика напряжённо-деформированного состояния в поверхностно упрочнённом цилиндрическом образце при сложном напряжённом состоянии в условиях ползучести // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2014. № 1(34). С. 93-108. doi: 10.14498/vsgtu1313.
  19. Колотникова О. В. Эффективность упрочнения методами поверхностного пластического деформирования деталей, работающих при повышенных температурах // Проблемы прочности, 1983. № 2. С. 112-114.
  20. Радченко В. П., Кирпичев В. А., Лунин В. А. Влияние термоэкспозиции на остаточные напряжения образцов из сплава ЭП742 после ультразвукового упрочнения // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Техн. науки, 2012. № 3(35). С. 147-154.
  21. Саушкин М. Н., Афанасьева О. С. Исследование процесса релаксации остаточных напряжений в поверхностно упрочнённом слое отверстия диска газотурбинного двигателя // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2007. № 2(15). С. 51-59. doi: 10.14498/vsgtu530.
  22. Саушкин М. Н., Афанасьева О. С., Просвиркина Е. А. Оценка релаксации остаточных напряжений в упрочнённой вращающейся лопатке при ползучести // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2007. № 1(14). С. 62-70. doi: 10.14498/vsgtu489.
  23. Кирпичёв В. А., Саушкин М. Н., Афанасьева О. С., Смыслов В. А. Прогнозирование предела выносливости упрочнённых деталей при повышенной температуре // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2010. № 1(20). С. 218-221. doi: 10.14498/vsgtu789.
  24. Радченко В. П., Саушкин М. Н., Павлов В. Ф. Метод расчёта остаточных напряжений и пластических деформаций в цилиндрических образцах с учётом анизотропии процесса поверхностного упрочнения // ПМТФ, 2011. Т. 52, № 2. С. 173-182.
  25. Радченко В. П., Павлов В. Ф., Саушкин М. Н. Исследование влияния анотропии поверхностного пластического упрочнения на распределение остаточных напряжений в полых и сплошных цилиндрическиз образцах // Вестник ПНИПУ. Механика, 2015. № 1. С. 130-147. doi: 10.15593/perm.mech/2015.1.09.
  26. Иванов С. И., Букатый С. А. Об искажении формы детали типа бруса после обработки ППД // Изв. вузов. Авиационная техника, 1976. № 3. С. 127-129.
  27. Иванов С. И. Определение остаточных напряжений в пластинках методом полосок / Вопросы прочности элементов авиационных конструкций. Куйбышев: КуАИ, 1971. С. 139-152.
  28. Зотеев В. Е. Параметрическая идентификация диссипативных механических систем на основе разностных уравнений. М.: Машиностроение, 2009. 344 с.
  29. Зотеев В. Е., Свистунова А. А. Численный метод определения параметров напряженного состояния поверхностно упрочненного слоя цилиндрического изделия на основе экспериментальных данных / Перспективные информационные технологии (ПИТ 2015): Труды Международной научно-технической конференции. Т. 2. Самара: СНЦ РАН, 2015. С. 251-255, http://www.ssau.ru/files/science/conferences/pit2015/pit_2015_p2_71.pdf.
  30. Радченко В. П., Ерёмин Ю. А. Реологическое деформирование и разрушение материалов и элементов конструкций. М.: Машиностроение-1, 2004. 264 с.
  31. Работнов Ю. Н. Ползучесть элементов конструкций. М.: Наука, 1966. 752 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Самарский государственный технический университет, 2015

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 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».