Влияние температурно-силового нагружения на релаксацию остаточных напряжений в поверхностно упрочненных элементах стержневой конструкции в условиях ползучести


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Разработана математическая модель релаксации остаточных напряжений в поверхностно упрочненных цилиндрических элементах статически неопределимых стержневых систем при температурно-силовом нагружении в условиях ползучести. В процессе моделирования решаются следующие задачи: реконструкция напряженно-деформированного состояния в цилиндрическом стержне после процедуры обработки поверхности микрошариками; учет влияния температурного нагружения на величину и характер полей остаточных напряжений вследствие зависимости модуля Юнга от температуры; расчет релаксации остаточных напряжений в упрочненных элементах системы под действием температурно-силового нагружения в условиях ползучести; оценка финишных остаточных напряжений после ползучести и температурно-силовой разгрузки. @@Поставленные задачи решаются в пределах первых двух стадий ползучести материала элементов систем. Для детального анализа использована трехэлементная статически неопределимая система с упрочненными при температуре 20°C элементами из сплава ЖС6У и температуре эксплуатации 675°C. @@Для реализации всех методик разработаны численные алгоритмы на основе аппарата вычислительной математики с использованием дискретизации по пространственным и временным координатам и применением метода шагов по времени. Для апостериорной оценки сходимости и устойчивости численного метода выполнено сравнение численных результатов при больших значениях времени расчета с асимптотическими значениями характеристик напряженно-деформированного состояния, соответствующих стадии установившейся ползучести, полученных аналитическим методом. Наблюдается хорошее соответствие данных по обоим подходам. @@Приводятся результаты расчетов, иллюстрирующие кинетику остаточных напряжений во всех трех стержнях системы в процессе ползучести под действием температурно-силового нагружения начиная с момента их формирования после упрочнения. Показано, что происходит ступенчатое изменение величины и характера распределения остаточных напряжений только за счет «мгновенного» температурного прогрева элементов стержневой конструкции вследствие зависимости модуля Юнга от температуры. Также расчетами установлено, что релаксация остаточных напряжений в наиболее нагруженном стержне системы происходит гораздо медленнее, чем в менее нагруженных. Основные результаты работы иллюстрируются эпюрами распределения остаточных напряжений по глубине упрочненного слоя.

Об авторах

Владимир Павлович Радченко

Самарский государственный технический университет; Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: radchenko.vp@samgtu.ru
доктор физико-математических наук, профессор Россия, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244; Россия, 119192, Москва, Мичуринский проспект, 1

Екатерина Евгеньевна Деревянка

Самарский государственный технический университет

Email: derevyanka.ee@samgtu.ru
Россия, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Список литературы

  1. Altenberger I., Nalla R. K., Sano Y., et. al., "On the effect of deep-rolling and laser-peening on the stress-controlled low- and high-cycle fatigue behavior of Ti-6Al-4V at elevated temperatures up to 550$^circ$C", Intern. J. Fatigue, 44 (2012), 292-302
  2. Dai K., Shaw L., "Analysis of fatigue resistance improvements via surface severe plastic deformation", Intern. J. Fatigue, 30:8 (2008), 1398-1408
  3. James M. N., Hughes D. J., Chen Z., et al., "Residual stresses and fatigue performance", Engng Failure Anal., 14:2 (2007), 384-395
  4. 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. Engng: A, 516:1-2 (2009), 235-247
  5. McClung R. C., "A literature survey on the stability and significance of residual stresses during fatigue", Fatigue Fract. Engng Mater. Struct., 30:3 (2007), 173-205
  6. Soady K. A., "Life assessment methodologies incorporating 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), 637-651
  7. Terres M., Laalai N., Sidhom H., "Effect of nitriding and shot-peening on the fatigue behavior of 42CrMo4 steel: Experimental analysis and predictive approach", Mater. Design., 35:6 (2013), 741-748
  8. Павлов В. Ф., Кирпичев В. А., Вакулюк В. С., Прогнозирование сопротивления усталости поверхностно упрочненных деталей по остаточным напряжениям, Сам. научн. центр РАН, Самара, 2012, 125 с.
  9. Ножницкий Ю. А., Фишгойт А. В., Ткаченко Р. И., Теплова С. В., "Разработка и применение новых методов упрочнения деталей ГТД, основанных на пластическом деформировании поверхностных слоев (обзор)", Вестн. двигателестроения, 2 (2006), 8-16
  10. Биргер И. А., Остаточные напряжения, Mashgiz, М., 1963, 262 с.
  11. Кравченко Б. А., Круцило В. Г., Гутман Г. Н., Термопластическое упрочнение - резерв повышения прочности и надежности деталей машин, СамГТУ, Самара, 2000, 216 с.
  12. Радченко В. П., Саушкин М. Н., Ползучесть и релаксация остаточных напряжений в упрочненных конструкциях, Машиностроение-1, М., 2005, 226 с.
  13. Колотникова О. В., "Эффективность упрочнения методами поверхностного пластического деформирования деталей, работающих при повышенных температурах", Пробл. прочности, 15:2 (1983), 112-114
  14. Цейтлин В. И., Колотникова О. В., "Релаксация остаточных напряжений в деталях турбины ГТД в процессе эксплуатации", Пробл. прочности, 12:8 (1980), 46-48
  15. Foss B. J., Gray S., Hardy M. C., et al., "Analysis of shot-peening and residual stress relaxation in the nickel-based superalloy RR1000", Acta Materialia, 61:7 (2013), 2548-2559
  16. Hoffmann J., Scholtes B., Vohringer O., et al., "Thermal relaxation of shot peening residual stresses in the differently heat treated plain carbon steel Ck 45", Shot Peening: Sci., Technol., Appl., 61:7 (1987), 239-246
  17. Khadraoui M., Cao W., Castex L., "Experimental investigations and modeling of relaxation behavior of shot peening residual stresses at high temperature for nickel base superalloys", Materials Science and Technology, 13:4 (1997), 360-367
  18. Xie L., Jiang C., Ji V., "Thermal relaxation of residual stresses in shot peened surface layer of (TiB + TiC)/Ti-6Al-4V composite at elevated temperatures", Materials Science and Engineering: A, 528:21 (2011), 6478-6489
  19. Захарова Т. П., Розанов М. А., Теплова С. В., "Влияние условий эксплуатации на релаксацию остаточных напряжений сжатия в наклепанных пазах хвостовиков лопаток ТВД из жаропрочных монокристаллических никелевых сплавов", Вестник УГАТУ, 19:3 (69) (2015), 21-27
  20. 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, 56:2 (2015), 169-177
  21. Buchanan D. J., John R., "Relaxation of shot-peened residual stresses under creep loading", Scripta Materialia, 59:3 (2008), 286-289
  22. Evans A., Kim S-B., Shackleton J., et al., "Relaxation of residual stress in shot peened Udimet 720Li under high temperature isothermal fatigue", Int. J. Fatigue, 27:10-12 (2005), 1530-1534
  23. Kim J.-C., Cheong S.-K., Noguchi H., "Residual stress relaxation and low- and high-cycle fatigue behavior of shot-peened medium-carbon steel", Int. J. Fatigue, 56 (2013), 114-122
  24. Benedetti M., Fontanari V., Scardi P., Ricardo C. L. A., Bandini M., "Reverse bending fatigue of shot peened 7075-T651 aluminium alloy: The role of residual stress relaxation", Int. J. Fatigue, 31:8 (2009), 1225-1236
  25. Радченко В. П., Саушкин М. Н., "Прямой метод решения краевой задачи релаксации остаточных напряжений в упрочненном изделии цилиндрической формы при ползучести", ПМТФ, 50:6 (2009), 90-99
  26. Радченко В. П., Саушкин М. Н., Цветков В. В., "Влияние термоэкспозиции на релаксацию остаточных напряжений в упрочненном цилиндрическом образце в условиях ползучести", ПМТФ, 57:3 (2016), 196-207
  27. 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
  28. Радченко В. П., Деревянка Е. Е., "Моделирование ползучести и релаксации остаточных напряжений в поверхностно упрочненных элементах статически не определимых стержневых систем", Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 22:4 (2018), 647-668
  29. Самарин Ю. П., Уравнения состояния материалов со сложными реологическими свойствами, Куйб. гос. ун-т, Куйбышев, 1979, 84 с.
  30. Радченко В. П., Цветков В. В., "Напряженно-деформированное состояние цилиндрического образца из сплава Д16Т в условиях осевого растяжения и кручения при ползучести", Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2013, № 3(32), 77-86
  31. Радченко В. П., Павлов В. Ф., Саушкин М. Н., "Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния в поверхностно упрочненных втулках с учетом остаточных касательных напряжений", Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика, 2019, № 1, 138-150

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Самарский государственный технический университет, 2019

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).