Влияние поверхностного пластического упрочнения на геометрические параметры круговых концентраторов напряжений в пластинах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Разработана методика изучения влияния упрочняющей обработки на форму концентраторов напряжений в виде сквозных круговых отверстий в пластинах после процедуры поверхностно-пластического деформирования.
Рассмотрены две модельных задачи:
– определение геометрической конфигурации кругового концентратора напряжения, вырезанного в прямоугольной пластине, подвергшейся опережающему поверхностно-пластическому деформированию;
– определение геометрической конфигурации кругового концентратора напряжения в круговой цилиндрической пластине, поверхность которого подверглась поверхностно-пластическому деформированию.
Приведены феноменологические методы восстановления полей остаточных напряжений и пластических деформаций в пластинах после процедуры упрочнения. Краевые задачи реконструкции напряженно-деформированного состояния сведены к корректным задачам фиктивной термоупругости. На модельных расчетах для прямоугольной пластины из сплава ЭП742 и круговой цилиндрической пластины из сплава ЭИ698 проиллюстрирована адекватность предлагаемых подходов.
Получены профили образующих концентраторов напряжений плит. В случае опережающего поверхностного пластического деформирования верхней грани квадратной шарнирно опертой пластины толщиной 10 мм максимальное смещение образующей относительно первоначальной конфигурации составило около 4 мкм. Показано, что с уменьшением толщины пластины максимальное смещение образующей убывает. В случае упрочнения поверхности кругового концентратора напряжений цилиндрической пластины максимальное смещение образующей концентратора напряжений составило около 1.4 мкм для пластин, опертых шарнирно и с жесткой заделкой боковой грани. Показано, что с уменьшением радиуса отверстия смещение образующей возрастает.

Об авторах

Виктор Евгеньевич Глебов

Самарский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: gve5770200@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4841-9786
SPIN-код: 8660-9105
Scopus Author ID: 57216920036
ResearcherId: AAJ-2941-2021

аспирант, ассистент каф. прикладной математики и информатики

Россия, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Список литературы

  1. Павлов В. Ф., Букатый А. С., Семенова О. Ю. Прогнозирование предела выносливости поверхностно упрочненных деталей с концентраторами напряжений // Вестник машиностроения, 2019. №1. С. 3–7. EDN: VTAEPK.
  2. 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 °C// Int. J. Fatigue, 2012. vol. 44. pp. 292–302. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2012.03.008.
  3. Brockman R. A., Braisted W. A., Olson S. E., et al. Prediction and characterization of residual stresses from laser shock peening // Int. J. Fatigue, 2012. vol. 36, no. 1. pp. 96–108. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2011.08.011.
  4. Dai K., Shaw L. Analysis of fatigue resistance improvements via surface severe plastic deformation // Int. J. Fatigue, 2008. vol. 30, no. 8. pp. 1398–1408. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2007.10.010.
  5. James M. N., Hughes D. J., Chen Z., et all. Residual stresses and fatigue performance // Eng. Fail. Anal., 2007. vol. 14, no. 2. pp. 384–395. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2006.02.011.
  6. 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, 2009. vol. 516, no. 1/2. pp. 235–247. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2009.03.020.
  7. Soady K. A. Life assessment methodologies incorporating shot peening process effects: mechanistic consideration of residual stresses and strain hardening. 1. Effect of shot peening on fatigue resistance // Mater. Sci. Technol., 2013. vol. 29, no. 6. pp. 637-651. DOI: https://doi.org/10.1179/1743284713Y.0000000222.
  8. 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 ПНИПУ. Механика, 2016. №1. С. 93–112. EDN: VQTAHL. DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2016.1.07.
  9. Радченко В. П., Саушкин М. Н. Ползучесть и релаксация остаточных напряжений в упрочненных конструкциях. М.: Машиностроение-1, 2005. 226 с. EDN: RXLJLN.
  10. Биргер И. А. Остаточные напряжения. М.: Машгиз, 1963. 232 с.
  11. Павлов В. Ф., Столяров А. К., Кирпичев В. А., Вакулюк В. С. Расчет остаточных напряжений в деталях с концентраторами напряжений по первоначальным деформациям. Самара: Самар. науч. центр РАН, 2008. 124 с.
  12. Павлов В. Ф., Кирпичев В. А., Вакулюк В. С. Прогнозирование сопротивления усталости поверхностно упрочненных деталей по остаточным напряжениям. Самара: Самар. науч. центр РАН, 2012. 125 с.
  13. Иванов С. И. К определению остаточных напряжений в цилиндре методом колец и полосок / Остаточные напряжения, Т. 53. Куйбышев: Куйбышев. авиац. ин-т, 1971. С. 32–42.
  14. Иванов С. И. Исследование остаточных касательных напряжений в цилиндрической детали методом колец / Остаточные напряжения, Т. 53. Куйбышев: Куйбышев. авиац. ин-т, 1971. С. 107–115.
  15. Gallitelli D., Boyer V., Gelineau M., et al. Simulation of shot peening: From process parameters to residual stress fields in a structure // Comptes Rendus Mécanique, 2016. vol. 344, no. 4–5. pp. 355–374. DOI: https://doi.org/10.1016/j.crme.2016.02.006.
  16. Lechun X., Chengxi W., Liqiang W., et al. Numerical analysis and experimental validation on residual stress distribution of titanium matrix composite after shot peening treatment // Mech. Mat., 2016. vol. 99. pp. 2–8. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2016.05.005.
  17. Analysis of Residual Stress by Diffraction using Neutron and Synchrotron Radiation / eds. M. E. Fitzpatrick, Alain Lodini. London: CRC Press, 2003. 368 pp. DOI: https://doi.org/https://doi.org/10.1201/9780203608999.
  18. 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 расчетного комплекса PATRAN/NASTRAN// Вестн. Уфим. гос. авиац. техн. ун-та, 2015. Т. 19, №2. С. 35–40. EDN: VYWUPR.
  19. Радченко В. П., Афанасьева О. С., Глебов В. Е. Исследование влияния остаточных напряжений на геометрические параметры поверхностно упрочненного бруса // Изв. Сарат. ун-та. Новая серия: Математика. Механика. Информатика, 2019. Т. 19, №4. С. 464–478. EDN: YOWKNF. DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9791-2019-19-4-464-478.
  20. Радченко В. П., Афанасьева О. С., Глебов В. Е. Влияние технологии поверхностного пластического упрочнения, остаточных напряжений и граничных условий на выпучивание балки // Вестник ПНИПУ. Механика, 2020. №1. С. 87–98. EDN: IJMTQN. DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2020.1.07.
  21. Келлер И. Э., Трофимов В. Н., Владыкин А. В. [и др.] К вопросу о реконструкции остаточных напряжений и деформаций пластины после дробеструйной обработки // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2018. Т. 22, №1. С. 40–64. EDN: UTXSLH. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1602.
  22. 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, 2016. Т. 20, №4. С. 675–690. EDN: YHPUXF. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1513.
  23. Радченко В. П., Павлов В. Ф., Саушкин М. Н. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния в поверхностно упрочненных втулках с учетом остаточных касательных напряжений // Вестник ПНИПУ. Механика, 2019. №1. С. 138–150. EDN: XKSCQS. DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2019.1.12.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое изображение прямоугольной пластины со сквозным круговым отверстием (концентратором напряжений)

Скачать (46KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Компоненты остаточных напряжений в прямоугольной пластине: маркеры — экспериментальные данные [8]; 1 — расчет по аппроксимации (2); 2 — решение фиктивной термоупругой задачи

Скачать (196KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Расчетные профили круговых концентраторов напряжений для различных значений толщины пластины \(H\): 1 — 4 мм; 2 — 6 мм; 3 — 8 мм; 4 — 10 мм

Скачать (74KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Эпюры величины \(\sigma_x=\sigma_x(z)\) для различных значений расстояний \(\Delta\) от границы концентратора напряжений: 1 — 0.1 мм; 2 — 0.5 мм; 3 — 5 мм; 4 — 20 мм; 5 — 30 мм; 6 — для пластины без концентратора напряжений

Скачать (90KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Схематическое изображение круговой цилиндрической пластины со сквозным круговым отверстием (концентратором напряжений)

Скачать (48KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Компоненты остаточных напряжений в сечении \(z=H/2\) круглой цилиндрической пластины после упрочнения поверхности кругового концентратора напряжений: маркеры—экспериментальные данные [9]; 1 — расчет по формулам (5)–(9); 2 — решение фиктивной термоупругой задачи

Скачать (192KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Профиль образующей концентратора напряжений после упрочнения: \(R=10\) мм (1), \(R=7.5\) мм (2), \(R=5\) мм (3); a — при шарнирном опирании нижней грани пластины, b — при жесткой заделке боковой поверхности пластины

Скачать (126KB)
Метаданные

© Авторский коллектив; Самарский государственный технический университет (составление, дизайн, макет), 2023

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».