Стохастическая модель для расчета остаточных напряжений в поверхностно упрочненном полом цилиндре в условиях ползучести

Стохастическая модель для расчета остаточных напряжений в поверхностно упрочненном полом цилиндре в условиях ползучести

Автор: Радченко В.П., Морозов А.П., Саушкин М.Н.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 1, 2017 года.

Бесплатный доступ

Предложена стохастическая модель для расчета остаточных напряжений в поверхностно упрочненном полом цилиндре в условиях ползучести при осевом растяжении. Выполнен цикл экспериментальных исследований для определения распределения деформации ползучести по длине упрочненного образца из сплава Д16Т при температуре 125 °С при четырех условиях растягивающего напряжения: 353; 385; 406.2; 420 МПа. Установлен существенный разброс деформации ползучести локальных участков, деформации которых могут отличаться друг от друга в 3-4 раза. Предложены феноменологические стохастические уравнения ползучести и выполнена проверка их адекватности экспериментальным данным. Разработана методика численного решения стохастической краевой задачи ползучести поверхностно упрочненных изделий, реализованная для полого цилиндра из сплава Д16Т в условиях осевого растяжения. Теоретически исследована релаксация остаточных напряжений в полом цилиндре и получены статистические оценки для полей остаточных напряжений в процессе ползучести в различные моменты времени. Приводятся доверительные интервалы для компонент тензора остаточных напряжений в процессе ползучести образца в различные временные сечения. Выполнены экспериментальные исследования по влиянию растягивающей нагрузки на релаксацию остаточных напряжений в полом цилиндрическом образце из сплава Д16Т. Приводятся финишные экспериментальные диаграммы для осевой и окружной компонент тензора остаточных напряжений после процесса ползучести длительностью от 83 до 166 часов. Теоретические и экспериментальные исследования позволили сделать вывод о практически полной релаксации остаточных напряжений в исследуемых цилиндрических образцах вследствие ползучести в условиях растяжения в течение 100-160 часов. Обсуждаются вопросы применимости метода колец и полосок для экспериментального определения остаточных напряжений в условиях существенного разброса данных при ползучести и интенсивной релаксации остаточных напряжений.

Еще

Поверхностное пластическое упрочнение, пневмодробеструйная обработка, полый цилиндр, остаточные напряжения, стохастическая модель, ползучесть, экспериментальные данные

Короткий адрес: https://sciup.org/146211661

IDR: 146211661   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2017.1.11

Список литературы Стохастическая модель для расчета остаточных напряжений в поверхностно упрочненном полом цилиндре в условиях ползучести

  • Биргер И.А. Остаточные напряжения. -М.: Машгиз, 1963. -262 с.
  • Павлов В.Ф., Кирпичев В.А., Иванов В.Б. Остаточные напряжения и сопротивление усталости упрочненных деталей с концентраторами напряжений/Самар. науч. центр РАН. -Самара: 2008. -64 с.
  • Гринченко И.Г. Упрочнение деталей из жаропрочных и титановых сплавов. -М.: Машиностроение, 1971. -c 120.
  • Кравченко Б.А., Круцило В.Г., Гутман Г.Н. Термопластическое упрочнение -резерв повышения прочности и надежности деталей машин. -Самара: Изд-во Самар. гос. техн. ун-та, 2000. -216 с.
  • Сулима А.М., Шувалов В.А., Ягодкин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства ГТД. -М.: Машиностроение, 1988. -240 с.
  • Радченко В.П., Саушкин М.Н. Ползучесть и релаксация остаточных напряжений в упрочненных конструкциях. -М.: Машиностроение-1, 2005. -226 с.
  • Иванов С.И. К определению остаточных напряжений в цилиндре методом колец и полосок//Остаточные напряжения. -Куйбышев, 1974. -Вып. 53. -С. 32-42.
  • Иванов С.И., Шатунов М.П., Павлов В.Ф. Определение дополнительных остаточных напряжений в надрезах на цилиндрических деталях//Вопросы прочности элементов конструкций. -Куйбышев, 1973. -Вып. 60. -С. 160-170.
  • 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.
  • Methods of measuring residual stresses in components (Review)/N.S. Rossini, M. Dassisti, K.Y. Benyounis, A.G. Olabi//Matherials and Design. -2012. -Vol. 35. -P. 572-588 DOI: 10.1016/j.matdes.2011.08.022
  • Recent advances in residual stress measurement/P.J. Withers, M. Turski, L. Edwards, P.J. Bouchard, D.J. Buttle//International Journal of Pressure Vessels and Piping. -2008. -Vol. 85. -No. 3. -P. 118-127 DOI: 10.1016/j.ijpvp.2007.10.007
  • Wern H. A new approach to triaxial residual stress evaluation by the hole drilling method//Strain. -1997. -Vol. 33. -No. 4. -P. 121-125 DOI: 10.1111/j.1475-1305.1997.tb01059.x
  • Павлов В.Ф. О связи остаточных напряжений и предела выносливости при изгибе в условиях концентрации напряжений//Изв. вузов. Машиностроение. -1986. -№ 8. -С. 29-32.
  • Радченко В.П., Кирпичев В.А., Лунин В.А. Влияние пневмодробеструйной обработки термоэкспозиции на остаточные напряжения и предел выносливости образцов из сплавов В95 и Д16Т//Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. -2011. -№ 3. -С. 181-184 DOI: 10.14498/vsgtu994
  • Радченко В.П., Морозов А.П., Лунин В.А. Исследование кинетики физико-механических параметров сплавов В95 и Д16Т вследствие температурных выдержек и многоцикловых усталостных испытаний//Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. -2012. -№ 1. -С. 123-132 DOI: 10.14498/vsgtu1059
  • Радченко В.П., Саушкин М.Н. Феноменологический метод расчета остаточных напряжений и пластических деформаций в полом поверхностно упрочненном цилиндрическом образце//Прикладная математика и механика. -2013. -Т. 77, № 1. -С. 143-152.
  • 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/I. Altenberger, D.K. Nalla, Y. Sano, L. Wagner, R.O. Ritchie//International Journal of Fatigue. -2012. -Vol. 44. -P. 292-302 DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2012.03.008
  • Prediction and characterization of residual stresses from laser shock peening/R.A. Brockman, W.R. Braisted, S.E. Olson, R.D. Tenaglia, A.H. Clauer, K. Langer, M.J. Shepard//International Journal of Fatigue. -2012. -Vol. 36. -No. 1. -P. 96-108 DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2011.08.011
  • Dai K., Shaw L. Analysis of fatigue resistance improvements via surface severe plastic deformation//International Journal of Fatigue. -2008. -Vol. 30. -No. 8. -P. 1398-1408. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2007.10.010
  • Residual stresses and fatigue performance/M.N. James, D.J. Hughes, Z. Chen, H. Lombard, D.G. Hattingh, D. Asquith, J.R. Yates, P.J. Webster//Engineering Failure Analysis. -2007. -Vol. 14. -No. 2. -P. 384-395 DOI: 10.1016/j.engfailanal.2006.02.011
  • Majzoobi G.H., Azadikhah K., Nemati J. The effects 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.1406-2695.2007.01102.x
  • Soady K.A. Life assessment methodologies incoroporating shot peening process effect: Mechanistic consideration of residual stresses and strain hardening: Part 1 -Effect of shot peening on fatigue resistance//Materials Science and Technology (United Kingdom). -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//Materials and Design. -2012. -Vol. 35. -P. 741-748 DOI: 10.1016/j.matdes.2011.09.055
  • Цейтлин В.И., Колотникова О.В. Релаксация остаточных напряжений в деталях турбины ГТД в процессе эксплуатации//Пробл. прочности. -1980. -№ 8. -С. 982-984.
  • Колотникова О.В. Эффективность упрочнения методами поверхностного пластического деформирования деталей, работающих при повышенных температурах//Пробл. прочности. -1983. -№ 2. -С. 112-114.
  • Радченко В.П., Афанасьева О.С. Методика расчета предела выносливости упрочненных цилиндрических образцов с концентраторами напряжений при температурных выдержках в условиях ползучести//Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. -2009. -№ 2. -С. 264-268 DOI: 10.14498/vsgtu733
  • Радченко В.П., Кирпичев В.А., Лунин В.А. Влияние термоэкспозиции на остаточные напряжения образцов из сплава ЭП742 после ультразвукового упрочнения//Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Техн. науки. -2012. -№ 3. -С. 147-154.
  • 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.
  • Радченко В.П., Цветков В.В. Кинетика напряженно-деформированного состояния в поверхностно упрочненном цилиндрическом образце при сложном напряженном состоянии в условиях ползучести//Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. -2014. -№ 1. -С. 93-108 DOI: 10.14498/vsgtu1313
  • 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. -С. 93-112 DOI: 10.15593/perm.mech/2016.1.07
  • Радченко В.П., Саушкин М.Н., Цветков В.В. Влияние термоэкспозиции на релаксацию остаточных напряжений в упрочненном цилиндрическом образце в условиях ползучести//ПМТФ. -2016. -Т. 57, № 3. -С. 196-207 DOI: 10.15372/PMTF20160320
  • Радченко В.П., Саушкин М.Н. Математические модели восстановления и релаксации остаточных напряжений в поверхностно упрочненном слое уилиндрических элементов конструкций при ползучести//Изв. вузов. Машиностроение. -2004. -№ 11. -С. 3-17.
  • Бадаев А.Н. Стохастическое прогнозирование ползучести жаропрочных сплавов с использованием метода Монте-Карло//Пробл. прочности. -1985. -№ 2. -С. 7-10.
  • Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. -М.: Наука, 1966. -752 с.
  • Радченко В.П., Дудкин С.А., Тимофеев М.И. Экспериментальное исследование и анализ полей неупругих микро-и макродеформаций сплава АД-1//Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. -2002. -№ 16. -С. 111-117 DOI: 10.14498/vsgtu107
  • Самарин Ю.П. Стохастические механические характеристики и надежность конструкций с реологическими свойствами/Ползучесть и длительная прочность конструкций: сб. науч. тр. -Куйбышев, 1986. -С. 8-17.
  • Локощенко А.М., Шестериков С.А. Методика описания ползучести и длительной прочности при чистом растяжении//ПМТФ -1980. -№ 3. -С. 155-159.
  • Багмутов В.П., Богданов Е.П. Микронеоднородное деформированние и статистические критерии прочности. -Волгоград: Изд-во Волг. гос. ун-та, 2003. -358 с.
  • Экспериментальное исследование кинетики остаточных напряжений в упрочненных полых цилиндрических образцах из сплава Д16Т при осевом растяжении в условиях ползучести/В.П. Радченко, В.А. Кирпичев, В.В. Лунин, А.П. Филатов, А.П. Морозов//Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. -2016. -Т. 20, № 2. -С. 290-305 DOI: 10.14498/vsgtu1468
  • Самарин Ю.П. Уравнение состояния материалов со сложными реологическими свойствами. -Куйбышев: Изд-во Куйбышев. гос. ун-та, 1979. -84 с.
  • Радченко В.П., Еремин Ю.А. Реологическое деформирование и разрушение материалов и элементов конструкций. -М.: Машиностроение-1, 2004. -265 с.
  • Вентцель Е.С. Теория вероятностей. -М.: Наука, 1969. -576 с.
  • Радченко В.П., Симонов А.В., Дудкин С.А. Стохастический вариант одномерной теории ползучести и длительной прочности//Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. -2001. -№ 12. -С. 73-84 DOI: 10.14498/vsgtu64
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp