Разработка методики прогнозирования предела выносливости поверхностно упрочнённых полых цилиндрических деталей с концентраторами напряжений

• Автор: Семёнова, Ольга Юрьевна
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 112 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1 Л. Остаточные напряжения в деталях с концентраторами и методы их определения
1.2. Влияние остаточных напряжений на сопротивление усталости
1.3. Прогнозирование предела выносливости деталей
1.4. Выводы и задачи исследования
2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОНЕЧНО - ЭЛЕМЕНТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ-В УПРОЧНЁННЫХ ПОЛЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБРАЗЦАХ С НАДРЕЗОМ ПОЛУКРУГЛОГО ПРОФИЛЯ
2.1. Использование метода конечных элементов при решении краевых задач механики деформируемого твёрдого тела (МДТТ)
2.1.1. Основные положения о методе конечных элементов
2.1.2. Основные уравнения и соотношения теории упругости, реализуемые МКЭ в форме перемещений
2.2. Выбор расчётных комплексов для решения задачи о перераспределении осевых остаточных напряжений в
цилиндрическом образце с полукруглым надрезом
2.3. Определение остаточных напряжений в полых цилиндрических образцах с надрезом полукруглого профиля с использованием программных комплексов ЦАБТЯАБЦ РАТКАНиАБГБУБ
2.3.1. Решение задачи определения остаточных напряжений в полых цилиндрических образцах с надрезом полукруглого профиля с использованием расчётного комплекса ЦАБТКАЫ РАТШМч
2.3.2. Решение задачи определения остаточных напряжений в полых

цилиндрических образцах с надрезом полукруглого профиля с использованием расчётного комплекса ANSYS
2.4. Сравнительный анализ результатов расчёта остаточных напряжений с использованием комплексов NASTRAN PATRAN и ANSYS
2.5. Выводы по разделу
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ НА УСТАЛОСТЬ
3.1. Экспериментальное определение остаточных напряжений в гладких цилиндрических образцах и деталях
3.2. Упрочнение цилиндрических образцов пневмодробеструйной обработкой и обкаткой роликом
3.3. Проведение испытаний на усталость
3.4. Выводы,по разделу
4. ВЛИЯНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ НА ПРЕДЕЛ ВЫНОСЛИВОСТИ ПОЛЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ С ПОСТОЯННОЙ ТОЛЩИНОЙ СТЕНКИ
4.1. Распределение остаточных напряжений в наименьшем поперечном сечении полой цилиндрической детали после нанесения надреза полукруглого профиля
4.2. Распределение остаточных напряжений по толщине поверхностного слоя гладкой детали
4.3. Распределение остаточных напряжений в полых цилиндрических образцах с надрезом
4.4. Испытания на усталость образцов из стали 20, сплавов В95 и Д16Т
с надрезами полукруглого профиля
4.5. Выводы по разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ!
ВВЕДЕНИЕ
Основными задачами современного машиностроения, транспорта, авиа- и ракетостроения являются снижение материальных, трудовых затрат при создании и изготовлении более совершенных машин, снижение массы изделий с одновременным повышением их срока службы, надёжности и долговечности. Обеспечение выполнения столь разнообразных задач возможно лишь при применении в конструкциях и изделиях всё более сложных, многофункциональных деталей и узлов. Такой подход неизбежно приводит к конструированию и производству деталей с разнообразными концентраторами напряжений. Именно такие детали, работая в условиях знакопеременных нагрузок, определяют, в основном, допустимый срок службы машин и, в существенной мере, влияют на выбор типа конструкций и материалов. Возможности конструкторских решений, применение1 материалов с более высокими свойствами всех проблем не решают.
Конструктивные методы повышения прочности при переменных нагрузках приводят к увеличению массы конструкций и количества комплектующих, усложненшо технологии изготовления, ухудшают унификацию и стандартизацию.
В связи ’ с тем, что современные материалы являются очень чувствительными к концентрации напряжений, не удаётся поднять нижнюю границу сопротивления усталости при их применении. Поэтому основным резервом повышения сопротивления усталости деталей с концентраторами напряжений является применение современных упрочняющих технологий.
Проблеме повышения сопротивления усталости деталей с концентраторами напряжений в последнее время уделяется повышенное внимание как отечественными, так и зарубежными исследователями. Исследования последних лет в этой области позволили выявить влияние конструктивных (степень концентрации, тип концентратора), технологических (материал, методы поверхностного упрочнения, последовательность нанесения

конечных элементов. Следует отметить, что многие коммерческие программы чрезвычайно дороги (речь идёт о десятках тысяч долларов), но в отличие от дешёвых и бесплатных программных пакетов, они способны представить более высокое качество и скорость решения задач.
Наиболее мощными коммерческими программными продуктами являются НАБТЛАП РАШАЛ и АЛБУБ. Они представляют собой наиболее распространённые средства для научных и инженерных расчётов. Их особенностью является чрезвычайно широкий спектр задач, которые они в состоянии решать. Сюда входят задачи расчётов на прочность (как линейные, так и нелинейные), задачи теплообмена, гидродинамики, смешанные и даже акустики. Развитие пре- и постпроцессоров позволяет удобно вводить исходные данные для моделирования и обрабатывать результаты расчётов.
Таким образом, для решения задачи о перераспределении осевых остаточных напряжений в цилиндрическом образце с полукруглым надрезом, нанесённом после опережающего поверхностного пластического деформирования (ОППД), выбраны варианты-расчётов с использованием двух программных комплексов МАБТЛАН РАТЛАМ и АУБ.
2.3. Определение остаточных напряжений в цилиндрических, образцах с полукруглым надрезом' с использованием программных комплексов КАБТЛАК РАТБК и АУБ
Решение задач методом конечных элементов с использованием расчётных комплексов требует вполне конкретных исходных (в цифрах) данных для разработки расчётной модели. Поэтому для апробации методики расчёта перераспределения остаточных напряжений в цилиндрическом образце при нанесении полукруглого надреза в качестве примера взят полый образец с наружным диаметром 25 мм и внутренним 15 мм, изготовленный из стали 45. Гладкий образец подвергался гидродробеструйной обработке, а затем на него