Прогнозирование предела выносливости при изгибе поверхностно упрочнённых деталей с учётом масштабного фактора

• Автор: Чирков, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 112 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Причины и факторы, способствующие возникновению остаточных напряжений
1.2 Методы определения остаточных напряжений
в деталях с концентраторами напряжений
1.3 Влияние остаточных напряжений на сопротивление усталости
и прогнозирование предела выносливости
1.4 Выводы по разделу и задачи исследования
2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ
В ОБРАЗЦАХ С КОНЦЕНТРАТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА М8С.ЛА8Т1САЛМ8С.Р АТИЛЛ
2.1 Задача о перераспределении остаточных напряжений
2.2 Проверка идентичности выбранных средств моделирования
2.2.1 Тестовая задача по перераспределению остаточных напряжений
2.3 Выводы по разделу
3 МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ
НА УСТАЛОСТЬ
3.1 Образцы, материалы, режимы упрочнения
3.1.1 Упрочнение плоских образцов микрошариками
3.1.2 Упрочнение цилиндрических образцов пневмодробеструйной обработкой
3.1.3 Упрочнение цилиндрических образцов обкаткой роликом

3.2 Методики измерения остаточных напряжений
в образцах и деталях
3.2.1 Установка, приспособления, электролиты для определения остаточных напряжений
3.3 Методика проведения и оборудование для испытаний
на усталость
3.4 Выводы по разделу
4 ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ
НА ЗАВИСИМОСТЬ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ ДЕТАЛИ ОТ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ
4.1 Оценка влияния остаточных напряжений
на сопротивление усталости в условиях концентрации напряжений
4.2 Результаты экспериментального определения остаточных напряжений и испытаний на усталость
4.2.1 Плоские образцы
4.2.2 Цилиндрические образцы
4.3 Выводы по разделу
5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Основными задачами современного машиностроения и авиадвигателестроения, в частности, являются повышение срока службы и надёжности изделий с одновременным снижением их массы, а также снижение трудовых затрат при создании и изготовлении новых конструкций.
Усложнение функциональности, повышение требований к надёжности, долговечности и материалоёмкости конструкций приводит к появлению всё большего числа деталей сложной формы с резкими концентраторами напряжений. Применение высокопрочных современных материалов значительно повысило прочность таких деталей при статических нагрузках, но повысить нижнюю границу сопротивления усталости во многих случаях не удаётся в силу большой чувствительности высокопрочных материалов к концентрации напряжений.
Конструктивные методы повышения прочности при переменных нагрузках приводят, как правило, к увеличению массы конструкций и числа комплектующих, усложнению технологии изготовления, ухудшают унификацию и стандартизацию. Детали машин имеют как очень маленькие габариты, так, иногда, и очень большие, что вызывает проблемы при их изготовлении. В связи с этим масштабный фактор представляет собой актуальность при рассмотрении задач обеспечения прочности и надёжности.
Одним из основных резервов повышения сопротивления усталости деталей с концентраторами напряжений является применение современных упрочняющих технологий. Ряд проблем сопротивления усталости в связи с действием остаточных напряжений требует дальнейшего исследования: влияние масштабного фактора, асимметрия цикла, различная степень концентрации напряжений, рабочая температура, параметры качества поверхностного слоя, среди которых остаточные напряжения играют основную роль.

Рисунок 2.4 — Расчётная модель
плоскостью является плоскость хОг. При этом осью симметрии для цилиндрических деталей является ось Ог, а ось Ох указывает радиальное направление.
Выбор КЭ сетки. Для оптимизации вычислительных ресурсов и процедуры расчётов была предусмотрена следующая схема разбиения образца на конечные элементы (рисунок 2.4). В области образца 1 с концентратором напряжений и протяжённостью, равной половине диаметра Ц /2 вдоль оси образца и 1 мм в радиальном направлении, задавалась наибольшая густота конечно-элементной сетки, которая соответствовала элементу размером 0,01 мм на 0,01 мм. В прилегающих к ней областях 2 и 4 густота сетки уменьшалась вдвое, а в областях 3 и 7, прилегающих к ним, -ещё в два раза. Таким образом, размер элемента в наиболее удалённой части образца 9 составлял 0,04 мм. Размеры областей выбирались из необходимости получения подробного распределения на дне надреза и возможности контроля эпюры остаточных напряжений.
Размер элемента в области 1 выбирался из условий:
- обеспечения достаточного «разрешения» сетки: значения напряжений с эпюры рисунка 2.3 брались с шагом 20 мкм, поэтому минимальный размер элемента должен быть хотя бы в два раз больше;