Влияние соотношений компонентов первоначальных деформаций на распределение остаточных напряжений в упрочнённом слое детали


Авторы

Сазанов В. П.*, Павлов В. Ф.**, Письмаров А. В.***, Матвеева К. Ф.****

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

*e-mail: sazanow@mail.ru
**e-mail: sopromat@ssau.ru
***e-mail: andrei_pismarov@mail.ru
****e-mail: matveeva_kf@mail.ru

Аннотация

В работе приведены результаты исследований влияния анизотропии первоначальных деформаций на распределение осевой, окружной и радиальной компонент остаточных напряжений в упрочнённом слое цилиндрических образцов в зависимости от вида поверхностного упрочнения. За базовый вариант для расчётов были приняты параметры в упрочнённом слое цилиндрических образцов из стали 45 после гидродробеструйной обработки. Соотношения между компонентами первоначальных деформаций принимались в зависимости от видов поверхностного упрочнения. Рассматривались их соотношения при химико-термической обработке (ХТО), дробеструйной обработке (ДО) и обкатки роликом (ОР). Расчёты проведены на конечно-элементных моделях гладких цилиндрических образцов диаметрами D=10 мм и D=25 мм. Распределения первоначальных деформаций по толщине упрочнённого слоя приняты изменяющимися по линейному закону (максимальное значение на поверхности и нулевое на максимальной глубине упрочнения). Необходимый для исследования объём расчётов проведен в среде комплекса программ PATRAN/NASTRAN. Моделирование цилиндрических образцов проведено в осесимметричной постановке задачи с заменой первоначальных деформаций соответствующими им температурными полями. По результатам исследования установлено, что при всех видах упрочнения радиальные напряжения имеют положительные значения по толщине упрочнённого слоя. При этом радиальная и осевая составляющие первоначальных деформаций на осевые остаточные напряжения по толщине упрочнённого слоя существенного влияния не оказывают. Следовательно, соотношение компонент первоначальных деформаций также не играет существенной роли при оценке влияния остаточного напряжённо-деформированного состояния на предел выносливости упрочнённых деталей, определяемого, например, по критерию среднеинтегральных остаточных напряжений.

Ключевые слова:

первоначальные деформации, остаточные напряжения, конечно-элементное моделирование, упрочнение поверхности, химико-термическая обработка, дробеструйная обработка, обкатка роликом, среднеинтегральные остаточные напряжения

Библиографический список

  1. Бабайцев А.В., Рабинский Л.Н., Ян Наинг Мин. Методика оценки остаточных напряжений в образцах из сплава AlSi10Mg, полученных по технологии SLM // Труды МАИ. 2021. № 119. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=159788. DOI: 34759/trd-2021-119-10

  2. 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

  3. Афанасьев А.В., Дудченко А.А., Рабинский Л.Н. Влияние тканых слоев на остаточное напряженно-деформированное состояние изделий из полимерных композиционных материалов // Труды МАИ. 2010. № 37. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=13411

  4. Штрикман М.М., Кащук Н.М. Определение тепловых напряжений и деформаций при фрикционной сварке трёхслойных панелей из алюминиевых сплавов // Труды МАИ. 2010. № 37. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=24728

  5. Биргер И.А. Остаточные напряжения. – М.: Машгиз, 1963. – 232 с.

  6. 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.

  7. Павлов В.Ф. О связи остаточных напряжений и предела выносливости при изгибе в условиях концентрации напряжений // Известия вузов. Машиностроение. 1986. № 8. С. 29-32.

  8. 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.

  9. 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.

  10. 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.

  11. 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.

  12. Храмова Д.А., Егорова Д.А., Жилин Я.Д. Расчёт и моделирование остаточных напряжений // Политехнический молодежный журнал. 2018. № 1 (18). С. 1-11. DOI: 10.18698/2541-8009-2018-1-231

  13. Каратушин С.И., Храмова Д.А., Бильдюк Н.А. Моделирование и расчёт остаточных напряжений в прокатных профилях // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2017. № 6. С. 28–34.

  14. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. – М.: Наука, 1979. – 341 с.

  15. Шатунов М.П., Иванов С.И., Филатов А.П. Концентрация остаточных напряжений, вызванных изотропной первоначальной деформацией // Вопросы прикладной механики авиационной техники: сборник трудов. – Куйбышев: КуАИ, 1975. № 77. С. 37-43.

  16. 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 УГАТУ. 2015. Т. 19. № 2 (68). С. 35-40.

  17. Вакулюк В.С., Сазанов В.П., Шадрин В.К., Микушев Н.Н., Злобин А.С. Применение метода термоупругости при конечно-элементном моделировании остаточного напряжённого состояния в поверхностно упрочнённых деталях // Известия Самарского научного центра РАН. 2014. Т. 16. № 4. С. 168-174.

  18. Иванов С.И. К определению остаточных напряжений в цилиндре методом колец и полосок. Остаточные напряжения. – Куйбышев: КуАИ, 1971. Вып. 53. С. 32-42.

  19. 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.

  20. Гликман Л.А. Методы определения остаточных напряжений // Труды Ленинградского инженерно-экономического института. 1960. № 30. С. 58-98.

  21. Биргер И.А. Определение остаточных напряжений в образцах сложной формы // Заводская лаборатория. 1970. № 1. С. 81-83.

  22. Григорьева И.В. Определение остаточных напряжений в цилиндрических деталях: Дисс. канд. техн. наук. – Куйбышев, 1978. – 130 с.

  23. Бабей Ю.И., Бережницкая М.Ф. Методы определения остаточных напряжений первого рода. – Львов: ФМИ АН УССР, 1980. – 64 с.

  24. Вакулюк В.С. Определение остаточных напряжений в шлицевых деталях: Автореф. дисс... канд. техн. наук. – Москва, 1983. – 15 с.

  25. Гринченко И.Г., Полоскин Ю.В., Макаровский Н.Л. Определение окружных остаточных напряжений в местах конструктивного концентратора // Заводская лаборатория, 1972. № 7. С. 868-871.

  26. Кудрявцев П.И., Морозова Т.И. Развитие усталостных трещин в сталях в связи с поверхностным наклёпом. – М.: Машиностроение, 1972. С. 194-200.

  27. Трощенко В.Т., Покровский В.В., Прокопенко А.В. Трещиностойкость металлов при циклическом нагружении. – Киев: Наукова Думка, 1987. – 256 с.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход