Исследование поведения цилиндрических тел в условиях совместного растяжения и кручения при непропорциональном нагружении
Автор: Крюков А.А.
Статья в выпуске: 1, 2019 года.
Бесплатный доступ
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.
Растяжение, кручение, совместное растяжение и кручение, двухосное деформирование, пластичность, остаточные напряжения, сложное напряженное состояние, сложное нагружение, диаграммы деформирования, эксперимент, прочность цилиндрических тел
Короткий адрес: https://sciup.org/146281918
IDR: 146281918 | УДК: 539.3 | DOI: 10.15593/perm.mech/2019.1.06
Investigation of the behavior of cylindrical bodies under conditions of joint tension and torsion under disproportionate loading
The work is devoted to studying the behavior of cylindrical bodies of structural steels in the conditions of joint tension and torsion under complex loading. The study is aimed at studying and subsequent modernization of the method of increasing the fatigue life of cylindrical products. It consists in creating the product favorable axial compressive residual stresses in the near-surface area due to the successive elastoplastic deformation, first by tension, and then, during fixation of the longitudinal deformation obtained by tension, by torsion. A mathematical model of elastoplastic deformation by joint tension and torsion of a homogeneous cylindrical body, which allows to calculate the distribution of residual stresses created in the body, is constructed. To check the adequacy of the obtained solution and determine the required material parameters of the model, tests were performed on cylindrical samples of steel 15Cr2MnMoV. The necessary studies were carried out at the Center for Experimental Mechanics of Perm National Research Polytechnic University using the Instron 8850 universal two-axis servo-hydraulic test system, which allows for loading by joint tension and torsion. According to the results of the experiments, graphs of the longitudinal force and torque versus the twist angle were obtained with the deformation sequences studied. By comparing the experimental and calculated dependencies, the adequacy of the developed model was confirmed and the range of deformation modes was established, in which it reflects the behavior of the material with an accuracy acceptable for practice. Instead of the existing method of deformation, which includes a single torsion of a product in a state of tension, a new method is considered, consisting in reversional (alternating) torsion of a cylindrical body in a state of tension. Deformation by sequential tension and reversional torsion allows to provide a favorable (from the standpoint of increasing fatigue life) distribution of residual axial stresses over the cross section of the body with minimum values of residual shear stresses.
Список литературы Исследование поведения цилиндрических тел в условиях совместного растяжения и кручения при непропорциональном нагружении
- Терентьев В.Ф., Кораблева С.А. Усталость металлов. - М.: Наука, 2015. - 484 с.
- Иванова В.С., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. - М.: Металлургия, 1975. - 456 с.
- Серенсен С.В. Усталость материалов и элементов конструкций: избр. тр.: в 3 т. - Киев: Наук. думка, 1985. - Т.2. - 256 с.
- Suresh S. Fatigue of materials. - Cambridge University Press: New York, 1998. - 679 p.
- Павлов В.Ф., Кирпичев В.А., Вакулюк В.С. Прогнозирование сопротивления усталости поверхностно упрочненных деталей по остаточным напряжениям / Самар. науч. центр РАН. - Самара, 2012. - 125 с.
