Математическое моделирование релаксации остаточных напряжений в тонкостенных трубопроводах в состоянии поставки и после двухстороннего поверхностного упрочнения при ползучести
Автор: Радченко В.П., Бербасова Т.И., Цветков В.В., Саушкин М.Н.
Статья в выпуске: 3, 2021 года.
Бесплатный доступ
Разработана математическая модель реконструкции полей остаточных напряжений и пластических деформаций в тонкостенных цилиндрических трубках в состоянии поставки и после двухстороннего поверхностного пластического упрочнения, включающая методику идентификации параметров модели на примере тонкостенных трубок мм из стали Х18Н10Т на основе экспериментальных данных для осевой и окружной компонент тензора остаточных напряжений для образцов в состоянии поставки и после двухстороннего механического ультразвукового упрочнения. Выполнена проверка адекватности математической модели реконструкции остаточных напряжений в тонкостенных трубках из стали Х18Н10Т экспериментальным данным в состоянии поставки и после двухстороннего поверхностного пластического упрочнения с учетом анизотропии распределения пластической деформации после упрочнения в осевом и окружном направлениях. Разработана методика расчета двухсторонней релаксации остаточных напряжений на внешней и внутренней поверхностях тонкостенных трубок в условиях ползучести на основе обобщения соответствующей методики при одностороннем упрочнении. Исследован процесс релаксации в тонкостенных трубках из стали 08Х18Н9 (ранний аналог стали Х18Н10Т) в условиях термоэкспозиции, осевого растяжения, внутреннего давления и совместного действия осевого растяжения и внутреннего давления при температуре 600 °С на основе построенной феноменологической теории ползучести для этой стали. Выполнен детальный анализ кинетики полей остаточных напряжений при ползучести в тонкостенных образцах в состоянии поставки и после двухстороннего упрочнения в различные моменты времени. Показано, что в этих условиях происходит практически полная релаксация остаточных технологических напряжений как в образцах в состоянии поставки, так и после двухстороннего поверхностного пластического деформирования в течение 50 часов.
Тонкостенные цилиндрические трубки, состояние поставки, двухстороннее поверхностное упрочнение, остаточные напряжения, ползучесть, релаксация
Короткий адрес: https://sciup.org/146282356
IDR: 146282356 | DOI: 10.15593/perm.mech/2021.3.11
Список литературы Математическое моделирование релаксации остаточных напряжений в тонкостенных трубопроводах в состоянии поставки и после двухстороннего поверхностного упрочнения при ползучести
- Биргер И.А. Остаточные напряжения. - М.: Машиностроение, 1963.
- Сулима А.М., Шулов В.А., Ягодкин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. - М.: Машиностроение, 1988.
- Кудрявцев И.В. Поверхностный наклеп для повышения прочности и долговечности деталей машин поверхностным пластическим деформированием. - М.: Машиностроение, 1969.
- Soady K.A. Life assessment methodologies incoroporating shot peening process effects: mechanistic consideration of residual stresses and strain hardening. Part 1 - effect of shot peening on fatigue resistance // Mater. Sci. Technol. - 2013. - Vol. 29, no. 6. - P. 637-651. doi: 10.1179/1743284713Y.0000000222
- Terres M.A., Laalai N., Sidhom H. Effect of nitriding and shot-peening on the fatigue behavior of 42CrMo4 steel: Experimental analysis and predictive approach // Mater. Design. - 2012. - Vol. 35. - P. 741-748. doi: 10.1016/j.matdes.2011.09.055
- Павлов В.Ф., Кирпичев В.А., Вакулюк В.С. Прогнозирование сопротивления усталости поверхностно упрочненных деталей по остаточным напряжениям / Самар. науч. центр РАН. - Самара, 2012.
- 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.
- Majzoobi G.H., Azadikhah K., Nemati J. The e ects of deep rolling and shot peening on fretting fatigue resistance of Aluminum-7075-T6 // Materials Science and Engineering A. - 2009. - Vol. 516, no. 1-2. - P. 235-247. doi: 10.1016/j.msea.2009.03.020
- McClung R.C. A literature survey on the stability and significance of residual stresses during fatigue // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. - 2007. - Vol. 30, no. 3. - P. 173-205. doi: 10.1111/j.1460-2695.2007.01102.x
- Старцев Н.И. Трубопроводы газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1976.
- Сапожников В.М. Монтаж и испытания гидравлических и пневматических систем на летательных аппаратах. - М.: Машиностроение, 1972.
- Радченко В.П., Саушкин М.Н. Ползучесть и релаксация остаточных напряжений в упрочненных конструкциях. - М.: Машиностроение-1, 2005.
- Радченко В.П., Саушкин М.Н. Прямой метод решения краевой задачи релаксации остаточных напряжений в упрочненном изделии цилиндрической формы при ползучести // ПМТФ. - 2009. - Т. 50, № 6. - С. 90-99.
- Экспериментальное и теоретическое исследование влияния растягивающей нагрузки на релаксацию остаточных напряжений в упрочненном цилиндрическом образце в условиях ползучести / В.П. Радченко, Е.П. Кочеров, М.Н. Саушкин, В.А. Смыслов // ПМТФ. - 2015. - Т. 56, № 1. - С. 169-177.
- 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. doi: 10.15593/perm.mech/2019.1.1
- Радченко В.П., Цветков В.В., Саушкин М.Н. Релаксация остаточных напряжений в упрочненном цилиндре в условиях ползучести при нагружении осевой силой, крутящим моментом и внутренним давлением // ПМТФ. - 2020. - Т. 61, № 4. - С. 96-107.
- Radchenko V.P., Tsvetkov V.V., Derevyanka E.E. Relaxation of residual stresses in a surface-hardened cylinder under creep conditions and rigid restrictions on linear and angular deformations // Mechanics of Solids. - 2020. - Vol. 55, no. 6. - P. 898-906. doi: 10.3103/S0025654420660024
- Analytical modeling for residual stresses produced by shot peening / A.S. Franchim, V.S. de Campos, D.N. Travessa, C. de Moura Neto // Materials and Design. - 2009. - Vol. 30, no. 5. - Р. 1556-1560. doi: 10.1016/j.matdes.2008.07.040
- Experimental measurement and analytical determination of shot peening residual stresses considering friction and real unloading behavior / K. Sherafatnia, G.H. Farrahi, A.H. Mahmoudi, A. Ghasemi // Materials Science and Engineering: A. - 2016. - Vol. 657. - P. 309-321. doi: 10.1016/j.msea.2016.01.070
- Davis J., Ramulu M. A study of the residual stress induced by shot peening for an isotropic material based on Prager’s yield criterion for combined stresses // Meccanica. - 2015. - Vol. 50. no. 6. - P. 1593-1604. doi: 10.1007/s11012-015-0109-0
- Numerical analysis and experimental validation on residual stress distribution of titanium matrix composite after shot peening treatment / L. Xie, Ch. Wang, L. Wang [et al.] // Mech. Mat. - 2016. - Vol. 99. - P. 2-8. doi: 10.1016/j.mechmat.2016.05.005
- Simulation of shot peening: From process parameters to residual stress fields in a structure / D. Gallitelli, V. Boyer, M. Gelineau [et al.] // Comptes Rendus Mechanique. - 2016. - Vol. 344, no. 4-5. - P. 355-374. doi: 10.1016/j.crme.2016.02.006
- Zimmermann M., Klemenz M., Schulze V. Literature review on shot peening simulation // International Journal of Computational Materials Science and Surface Engineering. - 2010. - Vol. 3, no. 4. - P. 289-310. doi: 10.1504/ijcmsse.2010.036218
- Лебедев В.А., Чумак И.В. Кинетическая модель упрочнения поверхностного слоя деталей виброударными методами ППД // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2008. - № 7. - С. 3-8.
- Матлин М.М., Мосейко В.О., Мосейко В.В. Механика силового контактного взаимодействия дроби с поверхностью упрочняемой детали // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2006. - № 10. - С. 45-52.
- Juk T.S., Venter A.M., Korsunsky A.M. Inverse eigenstrain analysis of the effect of non-uniform sample shape on the residual stresses due to shot peening // Experimental Mechanics. - 2011. - Vol. 51. - P. 165-174. doi: 10.1007/s11340-010-9346-2
- Korsunsky A.M. A teaching essay on residual stresses and eigenstrains. - Butterworth-Heinemann, 2017.
- Korsunsky A.M. The modelling of residual stresses due to surface peening using eigenstrain distributions // J. Strain Analysis. - 2005. - Vol. 40, no. 8. - P. 817-824. doi: 10.1243/030932405x30984
- Метод реконструкции остаточных напряжений и пластических деформаций в тонкостенных трубопроводах в состоянии поставки и после двухстороннего виброударного поверхностного упрочнения дробью / В.П. Радченко, В.Ф. Павлов, Т.И. Бербасова, М.Н. Саушкин // Вестник ПНИПУ. Механика. 2020. № 2. С. 123-133. doi: 10.15593/perm.mech/2020.2.10
- Локощенко А.М. Ползучесть и длительная прочность металлов. - М.: Физматлит, 2016.
- Можаровская Т.Н., Можаровский В.Н., Штефан Н.И. О зависимости времени до разрушения и установившейся скорости деформаций ползучести конструкционных материалов // Вiсник НТУУ «КПI». Сер. Машинообудування. - 2010. - № 59. - С. 37-40.
- Радченко В.П., Еремин Ю.А. Реологическое деформирование и разрушение материалов и элементов конструкций. - М.: Машиностроение-1, 2004.
- Самарин Ю.П. Уравнения состояния материалов со сложными реологическими свойствами / Куйбышевский госуниверситет. - Куйбышев, 1979.
