Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Математика. Механика. Информатика

ISSN 1816-9791 (Print)
ISSN 2541-9005 (Online)

Для цитирования:

Радченко В. П., Афанасьева О. С., Глебов В. Е. Исследование влияния остаточных напряжений на геометрические параметры поверхностно упрочнённого бруса // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Математика. Механика. Информатика. 2019. Т. 19, вып. 4. С. 464-478. DOI: 10.18500/1816-9791-2019-19-4-464-478, EDN: YOWKNF

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
02.12.2019
Полный текст:
скачать
(downloads: 188)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Механика
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
539.3:621.787
DOI: 
10.18500/1816-9791-2019-19-4-464-478
EDN: 
YOWKNF

Исследование влияния остаточных напряжений на геометрические параметры поверхностно упрочнённого бруса

Авторы: 
Радченко Владимир Павлович, Самарский государственный технический университет
Афанасьева Ольга Сергеевна, Самарский государственный технический университет
Глебов Виктор Евгеньевич, Самарский государственный технический университет
Аннотация: 

Выполнено комплексное исследование формирования остаточных напряжений и пластических деформаций в призматических образцах из сплава ЭП742 после ультразвукового упрочнения и их влияния на геометрические параметры бруса. Предложена феноменологическая модель реконструкции полей остаточных напряжений, выполнена проверка её адекватности экспериментальным данным при четырёх режимах упрочнения. Наблюдается соответствие расчётных и экспериментальных данных. Для оценки влияния сформированных остаточных напряжений на геометрические параметры бруса использован метод расчёта 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 краевой задаче термоупругости, которая в дальнейшем решалась численными методами. Детальное исследование показало, что остаточные напряжения приводят к изгибным эффектам. Для бруса 100 * 10 * 10 мм расчётная величина стрелы максимального прогиба составила 206 / 220 мкм в зависимости от режима упрочнения. Выяснена кинетика изменения этой величины в зависимости от толщины бруса, которая в расчётах составляла от 2 до 10 мм при одном и том же распределении остаточных напряжений в упрочнённом слое. Показано, что величина прогиба нелинейно возрастает с уменьшением толщины, к тому же при толщине 2 мм она составляет 6.56 мм при длине бруса 100 мм. Приведён иллюстрированный материал в форме графической и табличной информации о результатах расчётов. 

Ключевые слова: 
ультразвуковое упрочнение
плоские образцы
остаточные напряжения
реконструкция
изменение геометрических параметров
экспериментальные данные
Список источников: 
  1. Altenberger I., Nalla R. K., Sano Y. On the affect of deep-rolling and laser-peening on the stress-controlled low- and high-cycle fatigue behavior of Ti-6-Al-4V at elevated temperatures up to 550 ∘C // Intern. J. Fatigue. 2012. Vol. 44. P. 292–302. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2012.03.008​
  2. Brockman R. A., Braisted W. R., Olson S. E. [et.al.]. Prediction and characterization of residual stresses from laser shock peening // Intern. J. Fatigue. 2012. Vol. 36. P. 96–108. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2011.08.011
  3. McClung R. C. A literature survey on the stability and significance of residual stresses during fatigue // Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 2007. Vol. 30. P. 173–205. DOI: https://doi.org/10.11111/j.1406-2695.2007.01102.x
  4. Soady K. A. Life assessment methodologies incorporating shot peening process effects: mechanistic consideration of residual stresses and strain hardening. 1. Effeact of shot peening on fatigue resistance // Mater. Sci. Technol. 2013. Vol. 29, № 6. P. 673–651. DOI: https://doi.org/10.1179/1743284713Y.0000000222
  5. Terres M. A., Laalai N., Sidhom H. Effect of hitriding and shot peening on the fatigue behavior of 42CrMo4 steel: Experimantal analysis and predictive approach // Mater. Design. 2012. Vol. 35. P. 741–748. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2011.09.055
  6. Павлов В. Ф., Кирпичев В. А., Вакулюк В. С. Прогнозирование сопротивления усталости поверхностно упрочнённых деталей по остаточным напряжениям. Самара : Изд-во СЦН РАН, 2012. 125 с.
  7. Кравченко Б. А., Круцило В. Г., Гутман Г. Н. Термопластическое упрочнение – резерв повышения прочности и надёжности деталей машин. Самара : Изд-во СамГТУ, 2000. 216 с.
  8. Иванов С. И. К определению остаточных напряжений в цилиндре методом колец и полосок // Остаточные напряжения : сб. науч. тр. Куйбышев : Изд-во КуАИ, 1971. Вып. 53. С. 32–42.
  9. Иванов С. И. Исследование остаточных касательных напряжений в цилиндрической детали методом колец // Остаточные напряжения : сб. науч. тр. Куйбышев : Изд-во КуАИ, 1971. Вып. 53. С. 107–115.
  10. Davidenkov N. N. Calculation of Residual Stresses in Cold Drawn Tubes // Zeitschrift fur Metallkunde. 1932. Vol. 24, № 25. P. 25–29.
  11. Биргер И. А. Остаточные напряжения. М. : Машгиз, 1963. 232 с.
  12. Schajer G. S. Advaces in Hole-Drilling Residual Stress Measurements // Exp. Mech. 2010. Vol. 50, № 2. P. 159–168. DOI: https://doi.org/10.1007/s11340-009-9228-7
  13. Fitspatrick M. E., Lodini A. Analysis of Residual Stress by Diffraction using Neutron and Synchrotron Radiation. L. : CRC Press, 2003. 368 p. DOI: https://doi.org/10.1201/9780203608999
  14. Rouhaud E., Deslaef D., Lu J., Chaboche J.-L. Modeling of residual stress, shot peening // Handbook on Residual Stress / ed. Jian Lu. Society of Experimental Mechanics, 2005. P. 116–148.
  15. Gallitelli D., Boyer D., Gelineau M., Colaitis Y. [et al.]. Simulation of sHot peening: From process parameters to residual stress fields in a structure // Comptes Rendus Mecanique. ´ 2016. Vol. 344, no. 4–5. P. 355–374. DOI: https://doi.org/10.1016/j.crme.2016.02.006
  16. Musinski W. D., McDowell D. L. On the eigenstrain aplication of shot-peened residual stresses within a crystal plasticity framework: Application to Ni-base superalloy specimens // Int. J. Mech. Sci. 2015. Vol. 100. P. 195–208. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2015.06.020
  17. Purohit R., Verma C. S., Rana R. S. Simulation of shot peening process // Material Today: Proceedings. 2017. Vol. 4, № 2. P. 1244–1251. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.01.144
  18. Xie L., Wang Ch., Wang L. [et al.]. Numerical analysis and experimental validation on residual stress distribution of titanium matrix composite after shot peening treatment // Mech. Mat. 2016. Vol. 99. P. 2–8. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2016.05.005
  19. Jebahi M., Gakwaya A., Levesque J. [et al.]. ´ Robust methodology to simulate real shot peening process using discrete-cotinuum coupling method // Int. J. Mech. Sci. 2016. Vol. 107. P. 21–33. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2016.01.005
  20. Keller S., Chupakhin S., Staron P., Maawad E., Kashaev N., Klusemann B. Experimental and numerical investigation of residual stresses in laser shock peened AA2198 // Jour. of Mater. Proc. Tech. 2018. Vol. 255. P. 294–307. DOI: https://doi.org/10.1016/j.j0atprotect.2017.11.023
  21. Badredding J., Rouhaud E., Micoulaut M., Rerny S. Simulation of shot dynamics for ultrasonic shot peening: Effects of process parameters // Int. J. Mech. Sci. 2014. Vol. 82. P. 179–190. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2014.03.006
  22. Павлов В. Ф., Столяров А. К., Вакулюк В. С., Кирпичев В. А. Расчёт остаточных напряжений в деталях с концентраторами напряжений по первоначальным деформациям. Самара : Изд-во СНЦ РАН, 2008. 124 c.
  23. Сазанов В. П., Кирпичев В. А., Вакулюк В. С., Павлов В. Ф. Определение первоначальных деформаций в упрочнённом слое цилиндрической детали методом конечноэлементного моделирования с использованием расчётного комплекса PATRAN/NASTRAN // Вестн. УГАТУ. 2015. Т. 19, № 2 (68). С. 35–40.
  24. Келлер И. Э., Трофимов В. Н., Владыкин А. В., Плюснин В. В., Петухов Д. С., Виндокуров И. В. К вопросу о реконструкции остаточных напряжений и деформаций пластины после дробеструйной обработки // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. 2018. Т. 22, № 1. С. 40–64. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1602
  25. Радченко В. П., Куров А. Ю. Влияние анизотропии поверхностного пластического упрочнения на формирование остаточных напряжений в цилиндрических деталях с надрезами полукруглого профиля // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. 2016. Т. 20, № 4. С. 675–690. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1513
  26. Сазанов В. П., Семенова О. Ю., Письмаров А. В., Чуриков Д. С. О влияние первоначальных радиальных деформаций на развитие усталостной трещины упрочнённых деталей из конструкционных сталей // Материалы XI Всероссийской научной конференции с международным участием «Математическое моделирование и краевые задачи» (27–30 мая 2019 г., Самара, Россия) : в 2 т. / под ред. В. П. Радченко. Самара : Изд-во СамГТУ, 2019. Т. 1. С. 168–171.
  27. 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 // Вестн. ПНИПУ. Механика. 2016. № 1. С. 93–112. DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2016.1.07
  28. Радченко В. П., Павлов В. Ф., Саушкин М. Н. Исследование влияния анизотропии поверхностного пластического упрочнения на распределение остаточных напряжений в полых и сплошных цилиндрических образцах // Вестн. ПНИПУ. Механика. 2015. № 1. С. 130–147. DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2015.1.09
  29. Саушкин М. Н., Радченко В. П., Павлов В. Ф. Метод расчёта полей остаточных напряжений и пластических деформаций в цилиндрических образцах с учётом анизотропии процесса поверхностного упрочнения // ПМТФ. 2011. Т. 52, № 2. С. 173–182.
Поступила в редакцию: 
23.04.2019
Принята к публикации: 
10.06.2019
Опубликована: 
02.12.2019
  • 950 просмотров