Исследование поведения цилиндрических тел в условиях совместного растяжения и кручения при непропорциональном нагружении

Работа посвящена изучению поведения цилиндрических тел из конструкционных сталей в условиях совместного растяжения и кручения при сложном нагружении. Исследование направлено на изучение и последующую модернизацию методики повышения усталостной долговечности цилиндрических изделий. Она заключается в создании в приповерхностной области изделия благоприятных осевых сжимающих остаточных напряжений за счет последовательного упругопластического деформирования сначала растяжением, а затем, при фиксации полученной при растяжении продольной деформации, кручением. Построена математическая модель упругопластического деформирования совместным растяжением и кручением однородного цилиндрического тела, которая позволяет рассчитать распределение созданных в теле остаточных напряжений. Для проверки адекватности получаемого решения и определения необходимых материальных параметров модели проведены испытания на цилиндрических образцах из стали 15Х2ГМФ. Необходимые исследования выполнены в Центре экспериментальной механики Пермского национального исследовательского политехнического университета на универсальной двухосевой сервогидравлической испытательной системе Instron 8850, позволяющей проводить нагружение совместным растяжением и кручением. По результатам проведенных экспериментов получены графики зависимостей продольной силы и крутящего момента от угла закручивания при исследуемых последовательностях деформирования. Путем сравнения экспериментальных и расчетных зависимостей подтверждена адекватность разработанной модели и установлена область режимов деформирования, в которой она с допустимой для практики точностью отражает поведение материала. Взамен существующей методики деформирования, включающей однократное кручение изделия, находящегося в состоянии растяжения, рассмотрена новая методика, заключающаяся в реверсивном (знакопеременном) кручении цилиндрического тела, находящегося в состоянии растяжения. Деформирование последовательным растяжением и реверсивным кручением позволяет обеспечить благоприятное (с позиции повышения усталостной долговечности) распределение остаточных осевых напряжений по поперечному сечению тела при минимальных значениях остаточных касательных напряжений.