Численный метод расчета полей остаточных напряжений в поверхностно упрочненном призматическом образце с несквозной поперечной трещиной V-образного профиля в упругопластической постановке

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Представлен численный метод расчета полей остаточных напряжений в поверхностно упрочненном призматическом образце с несквозной V-образной трещиной, базирующийся на упругопластическом решении задачи. По полученным результатам проведен подробный анализ распределений остаточных напряжений вблизи дефекта по нескольким контурам. Определено, что при глубине трещины 0.3 мм практически все изучаемые компоненты остаточных напряжений сжатия имеют бóльшие (по модулю) значения, чем при глубине 0.1 мм, либо равные значения.

Об авторах

Владимир Павлович Радченко

Самарский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: radchenko.vp@samgtu.ru
ORCID iD: 0000-0003-4168-9660
SPIN-код: 1823-0796
Scopus Author ID: 7004402189
ResearcherId: J-5229-2013
http://www.mathnet.ru/person38375

доктор физико-математических наук, профессор; заведующий кафедрой; каф. прикладной математики и информатики

Россия, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Михаил Николаевич Саушкин

Самарский государственный технический университет

Email: saushkin.mn@samgtu.ru
ORCID iD: 0000-0002-8260-2069
SPIN-код: 9740-1416
Scopus Author ID: 35318659800
ResearcherId: A-8120-2015
https://www.mathnet.ru/person38368

кандидат физико-математических наук, доцент, доцент, каф. прикладной математики и информатики

Россия, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Дмитрий Михайлович Шишкин

Сызранский филиал Самарского государственного технического университета

Email: shishkin.dim@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3205-2262
https://www.mathnet.ru/person164459

кандидат технических наук; доцент; каф. общетеоретических дисциплин

Россия, 446001, Самарская обл., Сызрань, ул. Советская, 45

Список литературы

  1. Van Dake J., Nganbe M. Numerical assessment of blade deflection and elongation for improved monitoring of blade and TBC damage // Eng. Res. Express, 2021. vol. 3, 015001. DOI: https://doi.org/10.1088/2631-8695/abd5a6.
  2. Xu Y., Cheng L., Shu Ch., et al. Foreign object damage performance and constitutive modeling of titanium alloy blade // Int. J. Aerospace Eng., 2020. vol. 2020. pp. 1–10. DOI: https://doi.org/10.1155/2020/2739131.
  3. Eriksson E., Moverare J., Chen Z., Simonsson K. The effect of notches on the fatigue life of a nickel-base gas turbine disk material // Acta Polytech. CTU Proc., 2018. vol. 20. pp. 34–42. DOI: https://doi.org/10.14311/APP.2018.20.0034.
  4. Liu B., Yan X. An extension research on the theory of critical distances for multiaxial notch fatigue finite life prediction // Int. J. Fatigue, 2018. vol. 117. pp. 217–229. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2018.08.017.
  5. Macek W. Fracture surface formation of notched 2017A-T4 aluminium alloy under bending fatigue // Int. J. Fatigue, 2022. vol. 234. pp. 141–157. DOI: https://doi.org/10.1007/s10704-021-00579-y.
  6. Биргер И. А. Остаточные напряжения. М.: Машгиз, 1963. 232 с.
  7. Гринченко И. Г. Упрочнение деталей из жаропрочных и титановых сплавов. М.: Машиностроение, 1971. 120 с.
  8. Иванов С. И., Шатунов М. П., Павлов В. Ф. Влияние остаточных напряжений на выносливость образцов с надрезом / Вопросы прочности элементов авиационных конструкций, Т. 1. Куйбышев: КуАИ, 1974. С. 88–95.
  9. Кудрявцев И. В. Поверхностный наклеп для повышения прочности и долговечности деталей машин поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1969. 100 с.
  10. Ножницкий Ю. А., Фишгойт А. В., Ткаченко Р. И., Теплова С. В. Разработка и применение новых методов упрочнение деталей ГТД, основанных на пластическом деформировании поверхностных слоев // Вестник двигателестроения, 2006. №2. С. 8–16.
  11. Сулима А. М., Шувалов В. А., Ягодкин Ю. Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. М.: Машиностроение, 1988. 240 с.
  12. Павлов В. Ф., Букатый А. С., Семенова О. Ю. Прогнозирование предела выносливости поверхностно упрочненных деталей с концентраторами напряжений // Вестн. машиностроения, 2019. №1. С. 3–7. EDN: VTAEPK.
  13. Павлов В. Ф., Кирпичев В. А., Вакулюк В. С. Прогнозирование сопротивления усталости поверхностно упрочненных деталей по остаточным напряжениям. Самара: Самар. науч. центр РАН, 2012. 125 с.
  14. 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 // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2023. Т. 27, №3. С. 491–508. EDN: CDEJKC. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu2017.
  15. Радченко В. П., Саушкин М. Н., Бочкова Т. И. Математическое моделирование и экспериментальное исследование формирования и релаксации остаточных напряжений в плоских образцах из сплава ЭП742 после ультразвукового упрочнения в условиях высокотемпературной ползучести // Вестн. Перм. нац. иссл. политехн. ун-та. Механика, 2016. №1. С. 93–112. EDN: VQTAHL. DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2016.1.07.
  16. Радченко В. П., Шишкин Д. М. Метод реконструкции остаточных напряжений в призматическом образце с надрезом полукруглого профиля после опережающего поверхностного пластического деформирования // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Математика. Механика. Информатика, 2020. Т. 20, №4. С. 478–492. EDN: ZPKSUN. DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9791-2020-20-4-478-492.
  17. Радченко В. П., Афанасьева О. С., Глебов В. Е. Влияние технологии поверхностного пластического упрочнения, остаточных напряжений и граничных условий на выпучивание балки // Вестн. Перм. нац. иссл. политехн. ун-та. Механика, 2020. №1. С. 87–98. EDN: IJMTQN. DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2020.1.07.
  18. 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. Перм. нац. иссл. политехн. ун-та. Механика, 2015. №1. С. 130–147. EDN: TVSBYV. DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2015.1.09.
  19. Радченко В. П., Шишкин Д. М. Численный метод расчета напряженно-деформированного состояния в призматическом поверхностно упрочненном образце с надрезом в упругой и упругопластической постановках // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Математика. Механика. Информатика, 2021. Т. 21, №4. С. 503–519. EDN: KNHHLG. DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9791-2021-21-4-503-519.
  20. Сазанов В. П. Исследование закономерностей остановки усталостной трещины в цилиндрическом образце с надрезом // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2018. Т. 17, №1. С. 160–169. EDN: UPOWMG. DOI: https://doi.org/10.18287/2541-7533-2018-17-1-160-169.
  21. Nag Chaudhury J. Effect of heat treatment, pre-stress and surface hardening on fracture toughness of micro-alloyed steel // J. Mater. Eng.Perform., 2013. vol. 23, no. 1. pp. 152–168. DOI: https://doi.org/10.1007/s11665-013-0709-6.
  22. Радченко В. П., Еремин Ю. А. Реологическое деформирование и разрушение материалов и элементов конструкций. М.: Машиностроение-1, 2004. 265 с. EDN: QNATSX.
  23. Морозов Е. М., Никишков Г. П. Метод конечных элементов в механике разрушения. М.: ЛКИ, 2008. 256 с.
  24. Партон В. З., Морозов Е. М. Механика упругопластического разрушения: основы механики разрушения. М.: ЛКИ, 2008. 352 с.
  25. Shiratori M., Miyoshi T., Matsushita H. Computational Fracture Mechanics. Tokyo: Jitsukyo Publ., 1980 (In Japanese).
  26. Скворцов Ю. В., Глушков С. В. Моделирование несквозных поверхностных трещин в тонкостенных конструкциях // Вест. Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2011. №3. С. 187–191. EDN: OWYQXP.
  27. Радченко В. П., Шишкин Д. М. Влияние размеров области поверхностного упрочнения на напряженно-деформированное состояние балки с надрезом полукруглого профиля // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2020. Т. 24, №4. С. 663–676. EDN: GQGTTH. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1828.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое изображение поверхностно упрочненного призматического образца с несквозной V-образной трещиной

Скачать (122KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Данные для компоненты $\sigma_x=\sigma_x(y)$ после ультразвукового упрочнения поверхности образца из сплава ЭП742: экспериментальные (маркеры), расчетные (сплошная линия) по аппроксимации (2) и расчетные (штриховая линия) для термоупругой задачи (воспроизведено по [27])

Скачать (74KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кривые упругопластического деформирования сплава ЭП742 при температуре $20\,{}^\circ$C: 1 — экспериментальные данные [22], 2 — расчет в координатах $\sigma_{0}$ – $\varepsilon$, 3 — расчет в координатах $\sigma$ – $\varepsilon$

Скачать (84KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схематическое изображение основных контуров для визуализации распределения остаточных напряжений: I — по глубине от начала трещины, II — по глубине от центра трещины, III — вдоль фронта трещины, IV — вдоль левой кромки берега трещины

Скачать (79KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение компонент остаточных напряжений $\sigma_{x}$ (a), $\sigma_{y}$ (b) и $\sigma_{z}$ (c) по контуру I для случаев глубины дефекта 0.1 мм (сплошные линии) и 0.3 мм (штриховые линии)

Скачать (263KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Распределение компонент остаточных напряжений $\sigma_{x}$ (a), $\sigma_{y}$ (b) и $\sigma_{z}$ (c) по контуру II для случаев глубины дефекта 0.1 мм (сплошные линии) и 0.3 мм (штриховые линии)

Скачать (235KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Распределение компонент остаточных напряжений $\sigma_{x}$ (a), $\sigma_{y}$ (b) и $\sigma_{z}$ (c) по контуру III для случаев глубины дефекта 0.1 мм (сплошные линии) и 0.3 мм (штриховые линии)

Скачать (247KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Распределение компонент остаточных напряжений $\sigma_{x}$ (a), $\sigma_{y}$ (b) и $\sigma_{z}$ (c) по контуру IV для случаев глубины дефекта 0.1 мм (сплошные линии) и 0.3 мм (штриховые линии)

Скачать (267KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Распределение компонент остаточных напряжений $\sigma_{xy}$ (a), $\sigma_{xz}$ (b) по контуру IV для случаев глубины дефекта 0.1 мм (сплошные линии) и 0.3 мм (штриховые линии)

Скачать (197KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Распределение компоненты остаточных напряжений $\sigma_{yz}$ по контурам I (a), III (b) и IV (c) для случаев глубины дефекта 0.1 мм (сплошные линии) и 0.3 мм (штриховые линии)

Скачать (263KB)
Метаданные

© Авторский коллектив; Самарский государственный технический университет (составление, дизайн, макет), 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).