Влияние размеров области поверхностного упрочнения на напряженно-деформированное состояние балки с надрезом полукруглого профиля

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Исследуется влияние размеров области поверхностного пластического упрочнения на напряженно-деформированное состояние балки с надрезом полукруглого профиля. Задача сведена к краевой задаче фиктивной термоупругости, при этом начальные (пластические) деформации моделируются температурными анизотропными деформациями в неоднородном температурном поле. Решение реализовано на основе метода конечных элементов. Для модельных расчетов в качестве исходной информации использовались экспериментальные данные о распределении остаточных напряжений в гладкой балке из сплава ЭП742 после ультразвукового механического упрочнения. Выполнен вариативный численный анализ влияния радиуса надреза и величины зоны упрочнения грани балки на распределение компонент тензора остаточных напряжений в наименьшем сечении от дна концентратора. Показано, что при величине зоны упрочнения более 16–20 % от площади всей грани напряженно-деформированное состояние в наименьшем сечении практически стабилизируется. Установлено, что если радиус полукруглого надреза меньше толщины упрочненного слоя (области сжатия материала), то происходит увеличение (по модулю) нормальной продольной компоненты тензора остаточных напряжений, а если радиус надреза больше толщины упрочненного слоя, то наблюдается уменьшение (по модулю) этой величины по сравнению с аналогичной компонентой для гладкой упрочненной балки для всех величин зоны упрочнения более 16–20 % от площади всей грани балки. Выполнена экспериментальная проверка разработанного численного метода на основе метода конечных элементов для балки с полностью упрочненной гранью.

Об авторах

Владимир Павлович Радченко

Самарский государственный технический университет

Email: radchenko.vp@samgtu.ru
доктор физико-математических наук, профессор

Дмитрий Михайлович Шишкин

Самарский государственный технический университет

Email: shishkin.dim@yandex.ru

Список литературы

  1. Биргер И. А., Остаточные напряжения, Машгиз, М., 1963, 232 с.
  2. Гринченко И. Г., Упрочнение деталей из жаропрочных и титановых сплавов, Машиностроение, М., 1971, 120 с.
  3. Сулима А. М., Шувалов В. А., Ягодкин Ю. Д., Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин, Машиностроение, М., 1988, 240 с.
  4. Кудрявцев И. В., Поверхностный наклеп для повышения прочности и долговечности деталей машин поверхностным пластическим деформированием, Машиностроение, М., 1969, 100 с.
  5. Ножницкий Ю. А., Фишгойт А. В., Ткаченко Р. И., Теплова С. В., "Разработка и применение новых методов упрочнение деталей ГТД, основанных на пластическом деформировании поверхностных слоев", Вестник двигателестроения, 2006, № 2, 8-16
  6. Brockman R. A., Braisted W. R., Olson S. E., et. al., "Prediction and characterization of residual stresses from laser shock peening", Intern. J. Fatigue, 36:1 (2012), 96-108
  7. Dai K., Shaw L., "Analysis of fatigue resistance improvements via surface severe plastic deformation", Intern. J. Fatigue, 30:8 (2008), 1398-1408
  8. James M. N., Hughes D. J., Chen Z., et. al., "Residual stresses and fatigue performance", Eng. Fail. Analysis, 14:2 (2007), 384-395
  9. Majzoobi G. H., Azadikhah K., Nemati J., "The effects of deep rolling and shot peening on fretting fatigue resistance of Aluminum-7075-T6", Mater. Sci. Eng. A, 516:1-2 (2009), 235-247
  10. 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", Mater. Sci. Technol., 29:6 (2013), 673-651
  11. 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", Mater. Design, 35 (2012), 741-748
  12. Павлов В. Ф., Кирпичев В. А., Вакулюк В. С., Прогнозирование сопротивления усталости поверхностно упрочнeнных деталей по остаточным напряжениям, Самар. науч. центр РАН, Самара, 2012, 125 с.
  13. Саушкин М. Н., Куров А. Ю., "Анализ напряженного состояния в надрезах полукруглого профиля после опережающего поверхностного пластического деформирования сплошных цилиндрических образцов", Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2012, № 1(26), 133-140
  14. Радченко В. П., Куров А. Ю., "Влияние анизотропии поверхностного пластического упрочнения на формирование остаточных напряжений в цилиндрических деталях с надрезами полукруглого профиля", Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 20:4 (2016), 675-690
  15. Сазанов В. П., "Исследование закономерностей остановки усталостной трещины в цилиндрическом образце с надрезом", Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 17:1 (2018), 160-169
  16. Doremus L., Cormier J., Villechaise P., et. al., "Influence of residual stresses on the fatigue crack growth from surface anomalies in a nickel-based superalloy", Mater. Sci. Eng. A, 644 (2015), 234-246
  17. Fleury R. M. N.., Nowell D., "Evaluating the influence of residual stresses and surface damage on fatigue life of nickel superalloys", Intern. J. Fatigue, 105 (2017), 27-33
  18. Павлов В. Ф., Букатый А. С., Семенова О. Ю., "Прогнозирование предела выносливости поверхностно-упрочненных деталей с концентраторами напряжений", Вестник машиностроения, 2019, № 1, 3-7
  19. Иванов С. И., Шатунов М. П., Павлов В. Ф., "Влияние остаточных напряжений на выносливость образцов с надрезом", Вопросы прочности элементов авиационных конструкций, т. 3, КуАИ, Куйбышев, 1974, 88-95
  20. Павлов В. Ф., Столяров А. К., Вакулюк В. С., Кирпичев В. А., Расчет остаточных напряжений в деталях с концентраторами напряжений по первоначальным деформациям, Самар. науч. центр РАН, Самара, 2008, 124 с.
  21. Вакулюк В. С., Павлов В. Ф., Сазанов В. П., Семенов О. Ю., "Оценка влияния поверхностного упрочнения на предел выносливости деталей в условиях концентрации напряжений", Материалы X Всероссийской конференции по механике деформируемого твердого тела (18-22 сентября 2017 г., Самара, Россия), т. 1, СамГТУ, Самара, 2017, 103-106
  22. Павлов В. Ф., Письмаров А. В., Сазанов В. П., Сургутанов Н. А., "Исследование зависимости коэффициента интенсивности напряжений от глубины трещины в деталях с надрезом", Материалы X Всероссийской конференции по механике деформируемого твердого тела (18-22 сентября 2017 г., Самара, Россия), т. 2, СамГТУ, Самара, 2017, 132-135
  23. Радченко В. П., Саушкин М. Н., Бочкова Т. И., "Математическое моделирование формирования и релаксации остаточных напряжений в плоских образцах из сплава ЭП742 после ультразвукового упрочнения в условиях высокотемпературной ползучести", Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика, 2016, № 1, 93-112
  24. Радченко В. П., Шишкин Д. М., "Метод реконструкции остаточных напряжений в призматическом образце с надрезом полукруглого профиля после опережающего поверхностного пластического деформирования", Изв. Сарат. ун-та. Нов. Сер. Математика. Механика. Информатика, 20:4 (2020), 478-492
  25. Вакулюк В. С., "Исследование влияния толщины упрочненного слоя на остаточные напряжения во впадине концентратора методом первоначальных деформаций", Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2010, № 1(20), 222-225
  26. Сазанов В. П., Кирпичев В. А., Вакулюк В. С., Павлов В. Ф., "Определение первоначальных деформаций в упрочненном слое цилиндрической детали методом конечно-элементного моделирования с использованием расчeтного комплекса PATRAN/NASTRAN", Вестн. Уфим. гос. авиац. техн. ун-та, 19:2 (2015), 35-40
  27. Радченко В. П., Афанасьева О. С., Глебов В. Е., "Влияние технологии поверхностного пластического упрочнения, остаточных напряжений и граничных условий на выпучивание балки", Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика, 2020, № 1, 87-98

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Авторы, Самарский государственный технический университет, 2021

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».