К вопросу прогнозирования предела выносливости резьбовых деталей с поверхностным упрочнением


DOI: 10.34759/trd-2023-129-03

Авторы

Письмаров А. В.

ПАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С. П. Королёва», ул. Ленина, д. 4А, г. Королёв, Московская обл., Россия, 141070

e-mail: andrei_pismarov@mail.ru

Аннотация

Проведен обзор литературы с целью изучения и состояния проблемы прогнозирования предела выносливости резьбовых деталей. Рассмотрены гладкие детали и детали с концентраторами напряжений. Установлены основные причины разрушения резьбовых деталей. Изучено влияние упрочнения поверхности резьбовых деталей методами поверхностного пластического деформирования. Установлено, что упрочнение поверхности приводит к появлению в поверхностном слое сжимающих остаточных напряжений, которые увеличивают предел выносливости резьбовых деталей. Рассматриваются методы прогнозирования предела выносливости резьбовых деталей, дается оценка их точности и достоверности. Отдельным блоком рассматриваются вопросы моделирования напряженно-деформированного состояния нагруженной резьбовой детали с целью определения предела выносливости численными методами. На основе обзора делается вывод о необходимости разработки метода прогнозирования предела выносливости упрочненных резьбовых деталей с учетом технологии изготовления, усилий затяжки, условий эксплуатации и других факторов.

Ключевые слова:

резьбовые детали, концентрация напряжений, остаточные напряжения, поверхностное упрочнение, моделирование напряженно-деформированного состояния, прогнозирование предела выносливости

Библиографический список

  1. Иванов С.И., Павлов В.Ф., Минин Б.В., Кирпичёв В.А., Кочеров Е.П., Головкин В.В. Остаточные напряжения и сопротивление усталости высокопрочных резьбовых деталей: монография. — Самара: Изд-во СамНЦ РАН, 2015. — 170 с.
  2. Потехин Р.Н. Основные причины разрушения резьбовых соединений // Международная научная конференция «Решетневские чтения» (Красноярск, 12-15 ноября 2013): сборник трудов. — Красноярск: СибГАУ, 2013. С. 433-434.
  3. Васильев В.Ю., Галаган Г.Е., Семин А.Е., Шапкин В.С. Исследование разрушения стыковочных болтов // Научный вестник МГТУ ГА. 2007. № 119. С. 50-56.
  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. Григоренко В.Б., Морозова Л.В., Виноградов С.С. Особенности разрушения деталей крепежа из конструкционной стали // Труды ВИАМ. 2018. № 4 (64). С. 66-74.
  6. Абрамов В.В. Уточнение механических методов определения остаточных напряжений. — Пермь: Дом НТО, 1984. С. 70-74.
  7. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. — М.: Машиностроение, 1987. — 184 с.
  8. Бабей Ю.И., Бережницкая М.Ф. Методы определения остаточных напряжений первого рода. — Львов: ФМИ АН УССР, 1980. — 64 с.
  9. Биргер И.А. Остаточные напряжения. — М.: Машгиз, 1963. — 232 с.
  10. Гликман Л.А. Методы определения остаточных напряжений // Труды Ленинградского инженерно-экономического института. 1960. № 30. С. 58-98.
  11. Промптов А.И. Технологические остаточные напряжения. — Иркутск: ИПИ, 1980. — 220 с.
  12. Букатый С.А. Исследование деформаций деталей, возникающих после обработки поверхности. Дисс.....канд. техн. наук. — Куйбышев: КПТИ, 1979. — 167 с.
  13. Вакулюк В.С. Определение остаточных напряжений в шлицевых деталях. Автореферат дисс......канд. техн. наук. — М.: 1983. — 15 с.
  14. Григорьева И.В. Определение остаточных напряжений в цилиндрических деталях. Автореферат дисс......канд. техн. наук. — Куйбышев: КПТИ, 1978. — 23 с.
  15. Иванов С.И. Определение остаточных напряжений. Дисс......докт. техн. наук. — Куйбышев: КПТИ, 1972. — 258 с.
  16. Лавров В.Ф. Исследование влияния остаточных напряжений и наклепа на усталостную прочность в условиях концентрации напряжений. Дисс...... канд. техн. наук. — Куйбышев: КуАИ, 1975. — 120 с.
  17. Фрейдин Э.И. Исследование остаточных напряжений в резьбе болтов авиационных ГДТ. Автореферат дисс.....канд. техн. наук. — Куйбышев: КуАИ, 1981. — 17 с.
  18. Семёнова О.Ю. Разработка методики прогнозирования предела выносливости поверхностно упрочнённых полых цилиндрических деталей с концентраторами напряжений. Дисс...... канд. тех. наук. — Самара: СГАУ им. С.П. Королева, 2011. — 112 с.
  19. Абробов В.В. Остаточные напряжения и деформации в металлах. — М.: Машгиз, 1963. — 283 с.
  20. Няшин Ю.И., Поздеев А.Д. Остаточные напряжения. Теория и приложение. — М.: Наука, 1982. — 109 с.
  21. Михайлов О.Н., Шалаев Ю.П. Остаточные напряжения и усталость шпилек М36*3 из стали 40Х. Остаточные напряжения в заготовках и деталях крупных машин: сборник статей. — Свердловск: НИИ тяжелого машиностроения Уралмашзавода, 1971. С. 165-180.
  22. Точилкин А.А., Иосилевич Г.Д., Петриков В.Г. Исследование технологии накатывания точной резьбы круглыми роликами. — М.: Машиностроение, 1978. — 24 с.
  23. Иванов С.И., Павлов В.Ф., Коновалов Г.В., Минин Б.В. Технологические остаточные напряжения и сопротивление усталости авиационных резьбовых деталей. — М.: Б.и., 1992. — 191 с.
  24. Подзен А.В. Технологические остаточные напряжения. — М.: Машиностроение, 1973. — 216 с.
  25. Кирпичёв В.А, Букатый А.С., Филатов А.П., Чирков А.В. Прогнозирование предела выносливости поверхностно упрочнённых деталей при различной степени концентрации напряжений // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2011. Т. 15. № 4 (44). С. 81-85.
  26. Иванов С.И., Шатунов М.П., Красота В.К., Фрейдин Э.И. Меридиональные остаточные напряжения в резьбовой части болта // Вестник машиностроения. 1982. № 11. С. 36-38.
  27. Овсеенко А.Н., Клауч Д.Н., Носов Д.П., Пономарёв А.А., Котов И.В., Терехов В.М. Определение остаточных напряжений в поверхностном слое впадин резьбы // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 4. С. 55-59.
  28. Песин М.П. Исследование остаточных напряжений при упрочнении резьбы бурильных труб // Экспозиция Нефть Газ. 2018. № 4 (64). С. 67-69.
  29. Трофимов В.В., Яблокова Н.А. Исследование остаточных напряжений в деталях сложной формы ГТД методом рентгеновской тензометрии // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Серия: Наука и образование. 2011. № 1. С. 112-117.
  30. Зайдес С.А., Нгуен Ван Хуан. Определение остаточных напряжений в калиброванных прутках // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2017. № 2. С. 109-115.
  31. Сазанов В.П., Чирков А.В., Семёнова О.Ю., Иванова А.В. Моделирование остаточного напряжённого состояния детали в условиях концентрации напряжений с использованием программного комплекса PATRAN/ NASTRAN // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2012. № 1 (33). С. 106-114.
  32. Сазанов В.П. Исследование распределения компонентов остаточного напряжённого состояния в области наименьшего сечения поверхностно упрочнённой детали с кольцевым надрезом методом конечно-элементного моделирования // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. С.П. Королёва. 2012. № 3 (34). С. 158-161.
  33. Barsoum Z., Barsoum I. Residual stress effects on fatigue life of welded structures using LEFM // Engineering Failure Analysis, 2009, no. 16, pp. .449-467. DOI:10.1016/j.engfailanal.2008.06.017
  34. Melicher R., Meško J., Novák P., Žmindák M. Residual stress simulation of circumferential welded joints // Applied and Computational Mechanics, 2007, vol. 1, no. 2, pp. 541-548.
  35. Parks D.M. The virtual crack extension method for nonlinear material behavior // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 1977, vol. 12, issue 3, pp. 353–364. DOI: 10.1016/0045-7825(77) 90023-8
  36. Radaj D. Welding residual stresses and distortion, Berlin, Springer Verlag, 2003.
  37. Roger F., Traidia A. Modeling Residual Stresses in Arc Welding, Proceedings of the COMSOL 2010, Boston (2015).
  38. Иванычев Д.А. Решение задач термоупругости для анизотропных тел вращения // Труды МАИ. 2019. № 106. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=105643
  39. 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
  40. 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.
  41. Микушев Н.Н., Касьянов С.А., Сазанов В.П. Исследования остаточных напряжений во впадинах резьбы после упрочнения боковых поверхностей выступов с использованием образцов-свидетелей // Международная молодёжная научная конференция «XIII Королёвские чтения» (Самара, 06-08 октября 2015): сборник трудов. — Самара: СГАУ им. академика С.П. Королева, 2015. С. 395-396.
  42. Злобин А.С. Оценка влияния остаточных напряжений на малоцикловую усталость резьбовых деталей // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2015. Т. 14. № 4. С. 118-125.
  43. Храмова Д.А., Егорова Д.А., Жилин Я.Д. Расчет и моделирование остаточных напряжений // Политехнический молодежный журнал. 2018. № 1 (18). С. 1-11. DOI: 10.18698/2541-8009-2018-1-231
  44. Каратушин С.И., Храмова Д.А., Бильдюк Н.А. Моделирование и расчет остаточных напряжений в прокатных профилях // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2017. № 6. С. 28–34. DOI: 10.18698/0536-1044-2017-6-28-34
  45. Сазанов В.П., Чирков А.В., Семёнова О.Ю., Иванова А.В. Моделирование остаточного напряжённого состояния детали в условиях концентрации напряжений с использованием программного комплекса PATRAN/ NASTRAN // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2012. № 1 (33). С. 106-114.
  46. Александров А.А. Моделирование термических остаточных напряжений при производстве маложестких деталей: дисс....... канд. техн. наук. — Иркутск, Бурятский государственный университет, 2016. — 165 с.
  47. Багмутов В.П., Денисевич Д.С., Захаров И.Н., Романенко М.Д., Фастов С.А. Математическое моделирование остаточных напряжений при импульсном термосиловом поверхностном упрочнении // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2019. № 3. С. 112-124. DOI: 10.15593/perm.mech/2019.3.12
  48. Плешанова Ю.А. Моделирование остаточных напряжений в деталях машин: дисс......канд. техн. наук. — Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский политехнический университет, 2016. — 144 с.
  49. Masoudi Nejad R., Shariati M., Farhangdoost K. Three-dimensional finite element simulation of residual stresses in uic60 rails during the quenching process // Thermal Science, 2017, no. 21 (3), pp. 1301-1307. DOI: 10.2298/TSCI151006013M
  50. Stacey A., Barthelemy J-Y., Leggatt R.H. and Ainsworth R.A. Incorporation of residual stresses into the SINTAP defect assessment procedure // Engineering Fracture Mechanics, 2000, vol. 67, pp. 573-611. DOI:10.1016/S0013-7944(00)00075-8
  51. Kayser W., Bezold A., Broeckmann C. Simulation of residual stresses in cemented carbides // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2016. DOI:10.1016/j.ijrmhm.2016.04.001
  52. Cao J., Gharghouri M.A., Nash, P. Finite-element analysis and experimental validation of thermal residual stress and distortion in electron beam additive manufactured Ti-6Al-4V build plates // Journal of Materials Processing Technology, 2016, vol. 237 (10), pp. 409–419. DOI:10.1016/j.jmatprotec.2016.06.032

Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход