Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Математика. Механика. Информатика

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


Для цитирования:

Радченко В. П., Глебов В. Е. Метод расчёта релаксации остаточных напряжений в поверхностно упрочнённых цилиндрах с надрезами при комбинированном нагружении крутящим моментом и растягивающей силой в условиях высокотемпературной ползучести // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2026. Т. 26, вып. 2. С. 265-279. DOI: 10.18500/1816-9791-2026-26-2-265-279, EDN: QTCUOJ

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст:
(downloads: 4)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
539.376:621.787
EDN: 
QTCUOJ

Метод расчёта релаксации остаточных напряжений в поверхностно упрочнённых цилиндрах с надрезами при комбинированном нагружении крутящим моментом и растягивающей силой в условиях высокотемпературной ползучести

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

На основе метода конечных элементов предложен метод решения задачи релаксации остаточных напряжений в поверхностно упрочнённых цилиндрах с надрезами различного профиля: полукруглого, квадратного, V-образного, и в цилиндрах с серией периодически расположенных полукруглых надрезов.  В соответствии с методом опережающего поверхностного пластического деформирования надрезы наносились на предварительно упрочнённый гладкий образец. Предложенная методика заключается в последовательном применении аналитической математической модели для реконструкции остаточного напряжённо-деформированного состояния в гладком цилиндре, метода расчёта по начальным деформациям для цилиндров с надрезами, метода шагов во времени для решения задачи релаксации остаточных напряжений в условиях ползучести. Корректность применения расчёта по первоначальным деформациям проиллюстрирована в частном случае гладкого образца сравнением решений реконструкции напряжённо-деформированного состояния по аналитической математической модели и по методу конечных элементов, которые практически совпадают. Аналогично при решении задачи релаксации остаточных напряжений в условиях ползучести установлено полное соответствие данных расчёта по методу конечных элементов и по методу сеток из независимых источников для гладкого упрочнённого образца. Установлено, что для надрезов с высокой концентрацией напряжений (V-образный надрез и надрез с квадратным профилем) задачу реконструкции начального напряжённо-деформированного состояния необходимо решать в упругопластической постановке. На основе разработанного численного метода решён ряд задач релаксации остаточных напряжений для цилиндров с широким спектром геометрических параметров надрезов. Выполнен анализ влияния концентраторов на кинетику остаточных напряжений. Приведены результаты многочисленных вариативных расчётов.

Благодарности: 
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 23-29-00434, Самарский государственный технический университет).
Список источников: 
  1. Radchenko V., Glebov V. A method for calculating the relaxation of residual creep stresses in a surface-hardened cylinder with a series of periodically arranged semicircular incisions under thermal exposure conditions // Mechanics of Solids. 2024. Vol. 59. P. 3735–3746. DOI: https://doi.org/10.1134/S0025654424606293
  2. Радченко В. П., Глебов В. Е. Влияние геометрической формы надреза на релаксацию остаточных напряжений в поверхностно упрочненном цилиндре при термоэкспозиции // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2025. Т. 25, вып. 3. С. 391–405. DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9791-2025-25-3-391-405, EDN: MQEXGM
  3. Радченко В. П., Глебов В. Е. Релаксация остаточных напряжений во вращающихся цилиндрах с надрезами различной формы в условиях ползучести // Прикладная математика и механика. 2025. Т. 89, № 6. С. 1057–1072. DOI: https://doi.org/10.7868/S3034575825060139, EDN: TQCLAU
  4. Рамазанов К. Н., Рамазанов И. С. Ионное азотирование титанового сплава ВТ6 в тлеющем разряде с эффектом полого катода // Вестник УГАТУ. 2014. Т. 18, № 2 (63). С. 41–46.
  5. Maytorena-Sánchez A., Hernández-Torres J., López-Huerta F., Hernández-Campos M. A., ZamoraPeredo L., Pacio-Castillo M., Serrano-De la Rosa L. E., García-González L. Analysis of the hardness and tribological properties of grade 2 titanium using the thermal oxidation process at different temperatures // Materials Letters. 2021. Vol. 282. Art. 128679. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.128679
  6. You C., Achintha M., He B. Y., Reed P. A. S. A numerical study of the effects of shot peening on the short crack growth behaviour in notched geometries under bending fatigue tests // International Journal of Fatigue. 2017. Vol. 103. P. 99–111. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2017.05.023
  7. Soyama H. Comparison between shot peening, cavitation peening and laser peening by observation of crack initiation and crack growth in stainless steel // Metals. 2019. Vol. 10, iss. 1. Art. 63. DOI: https://doi.org/10.3390/met100110063
  8. Wei Guo, Hao Wang, Peng Peng, Binwen Song, Hongqiang Zhang, Tianwei Shao, Heng Huan, Hongchao Qiao, Guanda Qu, Dezhi Zhu, Jianfeng Yan. Effect of laser shock processing on oxidation resistance of laser additive manufacture Ti6Al4V titanium alloy // Corrosion Science. 2020. Vol. 170. Art. 108655. DOI: https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108655
  9. Dan-Jae Lin, Lih-Jyh Fuh, Cheng-Yu Chen, Wen-Cheng Chen, Jiin-Huey Chern Lin, Chiing-Chang Chen. Rapid nano-scale surface modification on micro-arc oxidation coated titanium by microwave-assisted hydrothermal process // Materials Science and Engineering: C. 2019. Vol. 95. P. 236–247. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2018.10.085
  10. Yitian Zhao, Mingyuan Lu, Zhiqi Fan, Shuiquan Huang, Han Huang. Laser deposition of wear-resistant titanium oxynitride/titanium composite coatings on Ti-6Al-4V alloy // Applied Surface Science. 2020. Vol. 531. Art. 147212. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.147212
  11. Harjit Singh, Sunpreet Singh, Chander Prakash Experimental Investigation and parametric optimization of HA-TiO2 plasma spray coating on phase titanium alloy // Materials Today: Proceedings. 2020. Vol. 28, iss. 3. P. 1340–1344, DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.04.665
  12. Fernandes B. B., Oliveira R. M., Ueda M., Mariano S. F. M., Ramos A. S., Vieira M. S., Lourenço de Melo F. C., de Oliveira G. Effects of high temperature plasma immersion ion implantation on wear resistance of Ti-Si-B sintered alloys // Surface and Coatings Technology. 2013. Vol. 228. P. 195–200, DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2013.04.029
  13. Столяров В. В. Ультразвуковое выглаживание титановых сплавов // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2018. № 6. С. 66–72. DOI: https://doi.org/10.31857/S023571190002563-0, EDN: PJSYLW
  14. Биргер И. А. Остаточные напряжения. Москва : Машгиз. 1963. 232 с.
  15. Гринченко И. Г. Упрочнение деталей из жаропрочных и титановых сплавов. Москва : Машиностроение, 1971. 120 с.
  16. Сулима Г. Н., Шувалов В. А., Ягодкин Ю. Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. Москва : Машиностроение. 1988. 240 с.
  17. Иванов С. И., Шатунов М. П., Павлов В. Ф. Влияние остаточных напряжений на выносливость образцов с надрезом // Вопросы прочности элементов авиационных конструкций / отв. ред. Х. С. Хазанов. Вып. 1. Куйбышев : КуАИ, 1974. С. 88–95.
  18. 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.
  19. Колотникова О. В. Эффективность упрочнения методами поверхностного пластического деформирования деталей, работающих при повышенных температурах // Проблемы прочности. 1983. № 2. С. 112–114.
  20. Радченко В. П., Саушкин М. Н. Прямой метод решения краевой задачи релаксации остаточных напряжений в упрочнённом изделии цилиндрической формы при ползучести // Прикладная механика и техническая физика. 2009. Т. 50, № 6. С. 90–99. EDN: NRCYUX
  21. Радченко В. П., Кочеров Е. П., Саушкин М. Н., Смыслов В. А. Экспериментальное и теоретическое исследование влияния растягивающей нагрузки на релаксацию остаточных напряжений в упрочненном цилиндрическом образце в условиях ползучести // Прикладная механика и техническая физика. 2015. Т. 56, № 2. С. 169–177. DOI: http://dx.doi.org/10.15372/PMTF20150217
  22. Радченко В. П., Либерман А. Е., Блохин О. Л. Релаксация остаточных напряжений в поверхностно упрочненном вращающемся цилиндре в условиях ползучести // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки. 2022. Т. 26, № 1. С. 119–139. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1884
  23. 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 // Прикладная механика и техническая физика. 2020. Т. 61, № 4. С. 96–107. DOI: http://dx.doi.org/10.15372/PMTF20200412
  24. Радченко В. П., Саушкин М. Н. Ползучесть и релаксация остаточных напряжений в упрочненных конструкциях. Москва : Машиностроение-1, 2005. 226 с. EDN: PXLJLN
  25. Сазанов В. П., Семенова О. Ю., Кирпичев В. А., Вакулюк В. С. Математическое моделирование первоначальных деформаций в поверхностно упрочненных деталях при выборе образца-свидетеля // Вестник УГАТУ. 2016. Т. 20, № 3. С. 31–37.
  26. Павлов В. Ф., Столяров А. К., Кирпичев В. А., Вакулюк В. С. Расчет остаточных напряжений в деталях с концентраторами напряжений по первоначальным деформациям. Самара : Изд-во СЦН РАН, 2008. 124 с.
  27. Радченко В. П., Шишкин Д. М., Саушкин М. Н. Численное решение задачи о напряженно-деформированном состоянии поверхностно упрочненного призматического образца с надрезом V-образного профиля в упругой и упругопластической постановках // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки. 2023. Т. 27, № 3. С. 491–508. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu2017
  28. ALLOY IN–738 TECHNICAL DATA. URL: https://nickelinstitute.org/media/4690/ni_inco_497_alloy738.pdf (дата обращения: 02.01.2026).
  29. Радченко В. П., Еремин Ю. А. Реологическое деформирование и разрушение материалов и элементов конструкций. Москва : Машиностроение-1, 2004. 265 с.
Поступила в редакцию: 
28.01.2026
Принята к публикации: 
20.02.2026
Опубликована: 
01.06.2026