Стохастическая модель для расчета остаточных напряжений в поверхностно упрочненном полом цилиндре в условиях ползучести
Автор: Радченко В.П., Морозов А.П., Саушкин М.Н.
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.
Поверхностное пластическое упрочнение, пневмодробеструйная обработка, полый цилиндр, остаточные напряжения, стохастическая модель, ползучесть, экспериментальные данные
Короткий адрес: https://sciup.org/146211661
IDR: 146211661 | УДК: 539.376:539.4.014.13 | DOI: 10.15593/perm.mech/2017.1.11
A stochastic model for the residual stresses calculation in the surface-hardened hollow cylinder under creep
We suggest a new stochastic model to calculate the residual stresses in the surface-hardened hollow cylinder under the creep conditions with axial tension. A set of experimental studies was carried outto determine the creep strain distribution along the hardened specimen made of D16T alloy at a temperature of 125 C degrees under four modes of tension stresses: 353; 385; 406.2; 420 MPa. We found an essential variation of the creep strains in the local sections which strains may differ from each other by three or four times. The phenomenological stochastic creep equations are suggested; the compliance of these equations with the experimental data is examined. The computational method for solving the stochastic boundary value problem for the surface-hardened products is developed and realized for the hollow cylinder made of D16T alloy under axial tension. The relaxation of residual stresses in the hollow cylinder is theoretically studied. The longitudinal statistical estimates for the fields of residual stresses under the creep are obtained. We have shown the confidential intervals for the components of the residual stresses tensor of the specimen under creep at different time moments. It was experimentally study how the tension load affect the residual stresses relaxation in the hollow cylindrical specimen made of D16T alloy. Final experimental diagrams for axial and circumferential components of the residual stresses tensor under creep for 83-166 hours have been given. The theoretical and experimental studies made it possible to make a conclusion about an almost full relaxation of the residual stresses in the cylindrical specimens because of creep at tension conditions during 100-160 hours. The applicability of the rings and strips method for the experimental data variation under the creep and intensive relaxation of residual stresses is discussed.
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
