Влияние технологии поверхностного пластического упрочнения, остаточных напряжений и граничных условий на выпучивание балки

Влияние технологии поверхностного пластического упрочнения, остаточных напряжений и граничных условий на выпучивание балки

Автор: Радченко В.П., Афанасьева О.С., Глебов В.Е.

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

Статья в выпуске: 1, 2020 года.

Бесплатный доступ

Выполнено комплексное исследование влияния технологии поверхностного пластического упрочнения, остаточных напряжений и граничных условий на выпучивание упрочненной балки из сплава ЭП 742. Приведена феноменологическая методика реконструкции полей остаточных напряжений и пластических деформаций, выполнена ее экспериментальная проверка в частном случае ультразвукового упрочнения. Наблюдается соответствие расчетных и экспериментальных данных для остаточных напряжений. Для оценки влияния сформированных остаточных напряжений на выпучивание балки использован метод расчета по первоначальным деформациям на основании использования аналогии между первоначальными (остаточными) пластическими деформациями и температурными деформациями в неоднородном температурном поле. Это позволило свести рассмотрение задачи к задаче термоупругости, которая в дальнейшем решалась численными методами. Детально исследовано влияние четырех типов граничных условий закрепления торцов балки (жесткое закрепление торцов и шарнирное опирание ребер в различных сочетаниях, консоль) на форму и величину изгиба балки 10×10×100 мм после ультразвукового упрочнения. Установлено, что минимальная величина прогиба наблюдается при жесткой заделке обоих торцов балки. Исследовано влияние толщины балки, которая изменялась от 2 до 10 мм, на ее выпучивание при одинаковом распределении остаточных напряжений в упрочненном слое и установлен нелинейный характер возрастания стрелы прогиба с уменьшением толщины для всех типов граничных условий. Показано, что при всех граничных условиях кривизна по длине балки практически не изменяется, поэтому ее можно считать постоянной. Следствием этого является сохранение гипотезы плоских сечений и после процедуры упрочнения, что подтверждается рассчитанным профилем сечения балки в плоскости симметрии, близким к прямой линии. Установлено существенное влияние анизотропии поверхностного пластического упрочнения на выпучивание балки, что может служить основой для выбора оптимальной процедуры упрочнения. Выполненный параметрический анализ поставленной задачи представлен в форме графической и табличной информации о результатах расчетов.

Еще

Ультразвуковое упрочнение, плоские образцы, остаточные напряжения, реконструкция, изменение геометрических параметров, экспериментальные данные

Короткий адрес: https://sciup.org/146281983

IDR: 146281983   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2020.1.07

Список литературы Влияние технологии поверхностного пластического упрочнения, остаточных напряжений и граничных условий на выпучивание балки

  • 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.
  • Павлов В.Ф., Кирпичев В.А., Вакулюк В.С. Прогнозирование сопротивления усталости поверхностно упрочненных деталей по остаточным напряжениям. – Самара: Изд-во СЦН РАН, 2012. – 125 с.
  • On the effect of deep-rolling and laser-peening on the stress-controlled lowand high-cycle fatigue bahevior of Ti-6-Al-4V at elevated temperatures up to 550 °C / I. Altenberger [et al.] // Intern. J. Fatigue. – 2012. – Vol. 44. – Р. 292–302. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2012.03.008
  • Prediction and characterization of residual stresses from laser shock peening / R.A. Brockman [et al.] // Intern. J. Fatigue. – 2012. – Vol. 36. – Р. 96–108. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2011.08.011
  • Dai K., Shaw L. Analysis of fatigue resistance improvements via surface severe plastic deformation // Intern. J. 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 [et al.] // Engng Failfure Anal. – 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 // Mater. Sci. Engng. A. – 2009. – Vol. 516, no. 1/2. – P. 235–247.
  • McClung R.C. A literature survey on the stability and significance i=of residual stresses during fatigue // Fatigue Fract. Engng Mater. Struct. – 2007. – Vol. 30, no. 3. – P. 173–205. DOI: 10.1111/j.1460-2695.2007.01102.x
  • Soady K.A. Life assessment methodologies incorporating shot peening process effects: mechanistic consideration of residual stresses and strain hardening. 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
  • Иванов С.И. К определению остаточных напряжений в цилиндре методом колец и полосок // Остаточные напряже-ния: сб. науч. тр. – Куйбышев, 1971. – Вып. 53. – С. 32–42.
  • Иванов С.И. Исследование остаточных касательных напряжений в цилиндрической детали методом колец // Оста-точные напряжения: сб. науч. тр. – Куйбышев, 1971. – Вып. 53. – С. 107–115.
  • Биргер И.А. Остаточные напряжения. – М.: Машгиз, 1963. – 232 с.
  • Simulation of shot peening: From process parameters to residual stress fields in a structure / D. Gallitelli [et al.] // Comptes Rendus Mécanique. – 2016. – Vol. 344, no. 4–5. – P. 355–374. DOI: 10.1016/j.crme.2016.02.006
  • Musinski W.D., McDowell D.L. On the eigenstrain ap-plication of shot peened residual stresses within a crystal plasticity framework: Application to Ni-base superalloy speciments // Int. J. Mech. Sci. – 2015. – Vol. 100. – P. 195–208. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2015.06.020
  • Numerical analysis and experimental validation on re-sidual stress distribution of titanium matrix composite after shot peening treatment / L. Xie [et al.] // Mech. Mat. – 2016. – Vol. 99. – P. 2–8. DOI: 10.1016/j.mechmat.2016.05.005
  • Robust methodology to simulate real shot peening pro-cess using discrete-cntinuum coupling method / M. Jebahi [et al.] // Int. J. Mech. Sci. – 2016. – Vol. 107. – P. 21–33. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2016.01.005
  • Букатый А.С. Конечно-элементное моделирование и исследование остаточных напряжений и деформаций деталей после дробеструйного упрочнения // Вестник машинострое-ния. – 2016. – № 6. – С. 52–57.
  • Расчет остаточных напряжений в деталях с концен-траторами напряжений по первоначальным деформациям / В.Ф. Павлов, А.К. Столяров, В.С. Вакулюк, В.А. Кирпичев. – Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2008. – 124 с.
  • Определение первоначальных деформаций в упроч-ненном слое цилиндрической детали методом конечно-эле-ментного моделирования с использованием расчетного ком-плекса PATRAN/NASTRAN / В.П. Сазанов, В.А. Кирпичев, В.С. Вакулюк, В.Ф. Павлов // Вестник УГАТУ. – 2015. – Т. 19, № 2(68). – С. 35–40.
  • К вопросу о реконструкции остаточных напряжений и деформаций пластины после дробеструйной обработки / И.Э. Кел-лер [и др.] // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Серия: Физ.-мат. науки. – 2018. – Т. 22, № 1. – С. 40–64. DOI: 10.14498/vsgtu1602
  • Радченко В.П., Куров А.Ю. Влияние анизотропии поверхностного пластического упрочнения на формирование остаточных напряжений в цилиндрических деталях с надреза-ми полукруглого профиля // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Серия: Физ.-мат. науки. – 2016. – Т. 20, № 4. – С. 675–690. DOI: 10.14498/vsgtu1513
  • Радченко В.П., Афанасьева О.С., Глебов В.Е. Иссле-дование влияния остаточных напряжений на геометрические параметры поверхностно упрочненного бруса // Изв. Сарат. ун-та. Новая серия: Математика. Механика. Информатика. – 2019. – Т. 19, вып. 4. – С. 464–478. DOI: 10.18500/1816-9791-2019-19-4-464-478
  • Радченко В.П., Павлов В.Ф., Саушкин М.Н. Иссле-дование влияния анизотропии поверхностного пластического упрочнения на распределение остаточных напряжений в по-лых и сплошных цилиндрических образцах // Вестник Перм-ского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2015. – № 1. – С. 130–147. DOI: 10.15593/perm.mech/2015.1.09
  • Саушкин М.Н., Радченко В.П., Павлов В.Ф. Метод расчета полей остаточных напряжений и пластических де-формаций в цилиндрических образцах с учетом анизотропии процесса поверхностного упрочнения // ПМТФ. – 2011. – Т. 52, № 2. – С. 173–182.
  • Иванов С.И. Определение остаточных напряжений в пластинках методом полосок // Вопросы прочности элементов авиационных конструкций: тр. КуАИ. – Куйбышев, 1971. – Вып. 48. – С. 139–152.
  • Радченко В.П., Саушкин М.Н., Бочкова Т.И. Математи-ческое моделирование формирования и релаксации остаточных напряжений в плоских образцах из сплава ЭП742 после ультра-звукового упрочнения в условиях высокотемпературной ползуче-сти // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2016. – № 1. – С. 93–112. DOI: 10.15593/perm.mech/2016.1.07
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp