Прогнозирование сопротивления усталости резьбовых деталей

DOI: 10.34759/trd-2022-124-09

Авторы

Письмаров А. В.^*, Кирпичёв В. А., Сазанов В. П.^**

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия

*e-mail: andrei_pismarov@mail.ru
**e-mail: sazanow@mail.ru

Аннотация

Разработана расчётно-экспериментальная методика прогнозирования предела выносливости упрочнённых резьбовых деталей с применением положений линейной механики разрушения. В исследовании использованы результаты изучения влияния сжимающих остаточных напряжений на сопротивление усталости болтов из титанового ВТ16 и стального 30ХГСА сплавов с метрическими резьбами М6, М8, М10, М12. В расчётной части исследования использован метод конечно-элементного моделирования с применением комплекса ANSYS. Моделирование остаточного напряжённого состояния выполнено методом термоупругости путём замены первоначальных деформаций эквивалентным температурным полем. На основании проведённых расчётов установлена связь между параметрами нераспоространяющейся трещины усталости на критической глубине в упрочнённой резьбовой детали и результатами испытаний на многоцикловую усталость при асимметричном цикле нагружения. Предложена методика прогнозирования предела выносливости упрочнённых резьбовых деталей. Полученные результаты исследования позволяют также выбирать наиболее оптимальные технологические режимы изготовления и обработки резьбы.

Ключевые слова:

остаточные напряжения, резьбовые детали, компьютерное моделирование, коэффициент интенсивности напряжений, нераспространяющаяся трещина усталости предел выносливости

Библиографический список

1. Завойчинская Э.Б. Развитие микро- и макротрещин в металлах и сплавах при пропорциональном циклическом нагружении // Проблемы машиностроения и автоматизации, 2016. № 1. С. 98-108.
2. Павлов В.Ф., Кирпичёв В.А., Вакулюк В.С. Прогнозирование сопротивления усталости поверхностно упрочнённых деталей по остаточным напряжениям. Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2012. — 125 с.
3. Кирпичёв В.А., Букатый А.С., Филатов А.П. и др. Прогнозирование предела выносливости поверхностно упрочнённых деталей при различной степени концентрации напряжений // Вестник Уфимского государственного авиационно-технического университета. 2011. Т. 15. № 4 (44). С. 81-85.
4. Полоник Е.Н., Суренский Е.А., Федотов А.А. Автоматизация расчетов усталостной долговечности механических соединений элементов авиаконструкций // Труды МАИ. 2017. № 92. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=76755
5. Иванов С.И., Павлов В.Ф., Минин Б.В. и др. Остаточные напряжения и сопротивление усталости высокопрочных резьбовых деталей. — Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2015. — 170 с.
6. Иванов С.И., Григорьева И.В. К определению остаточных напряжений в цилиндре методом снятия части поверхности. Вопросы прочности элементов авиационных конструкций. — Куйбышев: КуАИ, 1971. Вып. 48. С. 179-183.
7. Сазанов В.П., Кирпичёв В.А., Вакулюк В.С., Павлов В.Ф. Определение первоначальных деформаций в упрочнённом слое цилиндрической детали методом конечно-элементного моделирования с использованием расчётного комплекса PATRAN/NASTRAN // Вестник Уфимского государственного авиационно-технического университета. 2015. Т. 19. № 2 (68). С. 35-40.
8. Доброславский, А.В., Иванов С.Д. Экспериментальный метод температурной динамической интерферометрии для определения остаточных напряжений // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2014. № 1. С. 120-125.
9. Кондатенко Л.А., Миронова Л.И. Остаточные напряжения при радиальной деформации стальных труб // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2022. № 1. С. 70-76. DOI: 10.52261/02346206_2022_1_70
10. Сахвадзе Г.Ж., Сахвадзе Г.Г. Особенности применения технологии криогенной лазерно-ударно-волновой обработки с целью упрочнения алюминиевых сплавов Д16 // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2021. № 3. С. 56-65. DOI: 10.52261/02346206_2021_3_56
11. Бирюков В.П. Исаков В.В., Федотов А.Ю., Баулин Д.А. Оценка влияния лазерной обработки на параметры зон закалки сталей и их износостойкость // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2020. № 1. С. 28-35.
12. Саушкин М.Н., Куров А.Ю. Конечно-элементное моделирование распределения остаточных напряжений в сплошных упрочнённых цилиндрических образцах с полукруглым надрезом // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки. 2011. № 3 (24). С. 72-78.
13. Сазанов В.П., Вакулюк В.С., Михалкина С.А. Исследование влияния первоначальных радиальных деформаций на распределение остаточных напряжений в поверхностно упрочненном цилиндре // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16. № 4. С. 163-167.
14. Саушкин М.Н. Радченко В.П.,. Павлов В.Ф Метод расчёта полей остаточных напряжений и пластических деформаций в цилиндрических образцах с учётом анизотропии процесса поверхностного упрочнения // Прикладная механика и техническая физика. 2011. Т. 52. № 2. С. 173-182.
15. Иванычев Д.А. Решение задач термоупругости для анизотропных тел вращения // Труды МАИ. 2019. № 106. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=105643
16. Биргер И.А. Остаточные напряжения. — М.: Машгиз, 1963. — 232 с.
17. Радченко В.П., Афанасьева О.С. Методика расчёта предела выносливости упрочнённых цилиндрических образцов с концентраторами напряжений при температурных выдержках в условиях ползучести // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: физико-математические науки. 2009. № 2 (19). С. 264-268.
18. Кудрявцев П.И. Нераспространяющиеся усталостные трещины. — М.: Машиностроение, 1982. — 171 с.
19. Павлов В.Ф. Влияние на предел выносливости величины и распределения остаточных напряжений в поверхностном слое детали с концентратором. Сообщение I. Сплошные детали // Известия вузов. Машиностроение. 1988. № 8. С. 22-25.
20. Павлов В.Ф. Влияние на предел выносливости величины и распределения остаточных напряжений в поверхностном слое детали с концентратором. Сообщение II. Полые детали // Известия вузов. Машиностроение. 1988. № 12. С. 37-40.
21. Кудрявцев П.И., Морозова Т.И. Развитие усталостных трещин в сталях в связи с поверхностным наклёпом. — М.: Машиностроение, 1972. — С. 194-200.
22. Трощенко В.Т., Покровский В.В., Прокопенко А.В. Трещиностойкость металлов при циклическом нагружении. — Киев: Наукова Думка, 1987. — 256 с.
23. Сазанов В.П., Письмаров В.К., Шадрин О.М., Пилипив Е.Ю., Скачкова А.В. Особенности раскрытия усталостной трещины в упрочненной цилиндрической детали с концентратором напряжений // XXIII Всероссийский семинар по управлению движением и навигации летательных аппаратов: сборник трудов. — Самара: СамНЦ РАН, 2021. С. 191-196.
24. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. — М.: Машиностроение, 1990. — 368 с.
25. Шляпников П.А. Определение предельной амплитуды цикла упрочненных деталей с концентраторами напряжений с сжимающими средними напряжениями // Труды МАИ. 2020. № 114. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=118911. DOI: 10.34759/trd-2020-114-08

Скачать статью