Прогнозирование предела выносливости упрочнённых деталей с концентраторами напряжений при нормальной температуре и в условиях ползучести

• Автор: Иванов, Денис Всеволодович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 124 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1 Л. Причины и факторы, влияющие на возникновение остаточных напряжений
1.2. Методы определения остаточных напряжений с концентраторами напряжений
1.3. Влияние остаточных напряжений на сопротивление усталости
1.4. Выводы и задачи исследования
2. КИНЕТИКА НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ В ПОВЕРХНОСТНО УПРОЧНЁННОМ СЛОЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ДЕТАЛИ ПРИ ПОЛЗУЧЕСТИ
2.1.Феноменологический подход к моделированию напряженно-деформированного состояния упрочнённого слоя детали
2.1.1. Схема расчёта напряжённо-деформированного состояния в поверхностно упрочнённом слое цилиндрической детали
2.1.2.Идентификация модели и расчёт остаточных напряжений в упрочнённом слое
2.1.3. Результаты расчётов
2.2. Расчётно-экспериментальное исследование влияния температурных нагрузок на релаксацию остаточных напряжений
2.2.1. Метод расчёта процесса релаксации остаточных напряжений в поверхностно упрочнённом слое цилиндрической детали
2.2.2. Результаты расчётов
2.3. Выводы по разделу
3. ОСТАТОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ОБРАЗЦАХ С КОНЦЕНТРАТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЙ
3.1. Экспериментальное определение остаточных напряжений
3.1.1 Материалы и образцы для исследования. Режимы упрочняющих обработок
3.1.2 Методики измерения остаточных напряжений в образцах
3.1.3 Установка, приспособления, электролиты для определения остаточных напряжений
3.2. Создание заведомо известных остаточных напряжений в образцах с круговыми надрезами полукруглого профиля
3.3. Расчётно-экспериментальное распределение остаточных напряжений в образцах и деталях
3.4. Выводы по разделу
4. СОПРОТИВЛЕНИЕ УСТАЛОСТИ ОБРАЗЦОВ С КОНЦЕНТРАТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ НОРМАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ И В УСЛОВИЯХ ПОЛЗУЧЕСТИ
4.1. Методика проведения испытаний на усталость
4.2. Оценка влияния остаточных напряжений на сопротивление усталости в условиях концентрации напряжений
4.3. Прогнозирование предела выносливости образцов с концентраторами
при нормальной и повышенной температурах
4.4. Выводы по разделу
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Повышение срока службы машин, снижение массы и стоимости их изготовления являются первоочередными задачами отечественного машиностроения, требуют научного поиска, развития экспериментальных работ, повышения качества проработки конструкций и технических решений.
Усложнение функциональных возможностей, повышение требований к надёжности, долговечности и материалоемкости 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 к увеличению массы конструкций и числа комплектующих, усложнению технологии изготовления, ухудшают унификацию и стандартизацию. Поэтому основным резервом повышения сопротивления усталости деталей с концентраторами напряжений является применение современных видов и средств упрочняющих технологий. Ряд проблем
сопротивления усталости в связи с действием остаточных напряжений требуют дальнейшего изучения и среди них важное место занимает проблема влияния рабочих температур на остаточные напряжения и прогнозирование предела выносливости. При работе деталей в области нормальных температур остаточные напряжения сжатия в поверхностном слое повышают сопротивление усталости, особенно возрастает влияние остаточных напряжений в местах концентрации напряжений. При работе деталей в области высоких температур следует учитывать релаксацию остаточных напряжений. Работы последних лет в области механики остаточных напряжений позволили выяснить влияние технологических факторов на уровень остаточных напряжений. Предпринимались попытки оценить влияние остаточных

детали, согласно которой плоские поперечные сечения детали до упрочнения остаются плоскими и после него, что характерно для не слишком коротких цилиндров. При этом очевидно £л' = е°: +д; (гісопе!, г є [0;а]). Гипотеза может нарушаться лишь вблизи свободных торцов детали.
Выражая деформацию е2 через закон Гука и подставляя её в формулу для £г, найдём
<г*(г) = £(є? ~<і(г))+м(<їг(г)+°е(г))- (2.9)
С помощью (2.9) из соотношений (2.8) можно исключить ст,:
Ее' = (і + //)[(і -м)о-г - /легд]-- Е/л(є° - }
Ее°в = (1 + //)[(і - «К “ ] - Ем(е° ~ Ч2)
Обозначим правую часть уравнения (2.7) через / и преобразуем её с учётом (2.5) и (2.10), тогда

(2.10)
- + ц ] 1 + /и
У = —Г-[(Гг-М<Те-г—г

С учётом (2.11) уравнение (2.7) запишется следующим образом:
г в(г)+_з_ С}о =

1 + /и

СІГ СІГ
(2.11)
(2.12)
(2.13)
Поскольку при поверхностном упрочнении пластические деформации наводятся лишь на небольшой глубине, то в окрестности точки / =0 можно ввести следующую гипотезу:
Ит?Д0=°- (2-14)
Тогда решение задачи (2.12), (2.14) имеет следующий вид [193]:
3 г 2-м
Чв(г)=г
(2.15)
или после подстановки (2.13) в (2.15)