Повышение точности расчетов на прочность деталей машин и механизмов, подвергнутых дозированному деформированию

• Автор: Отрадный, Вячеслав Васильевич
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Курган
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ

ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ДОЗИРОВАННЫМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

1.1. Анализ исследований влияния наклёпа на механические свойства

материала деталей

1.2. Циклическая прочность упрочнённого материала деталей

1.3. Остаточные напряжения после пластической деформации материала

деталей и их влияние на несущую способность деталей машин с концентраторами напряжений

1.4. Оценка влияния деформационного упрочнения на прочность и

износостойкость деталей машин и механизмов

1.5. Основные выводы и формулировка задач исследования

2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ, ПОДВЕРГНУТЫХ ОБЪЁМНОМУ ДЕФОРМАЦИОННОМУ УПРОЧНЕНИЮ
2.1. Влияние степени деформации аустенитных сталей на их механические
свойства
2.2. Определение зависимостей для расчёта предела выносливости
аустенитных сталей, подвергнутых деформационному упрочнению
2.3. Способ определения предела выносливости сталей аустенитного класса, подвергнутых деформационному упрочнению по их магнитным свойствам
2.4. Исследование статической, динамической прочности и износостойкости
качественной конструкционной стали, подвергнутой деформационному упрочнению
ВЫВОДЫ

3. ОЦЕНКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ С КОНЦЕНТРАТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЙ, ПОДВЕРГНУТЫХ ДОЗИРОВАННОМУ НАГРУЖЕНИЮ
3.1. Теоретическое определение остаточных напряжений в пластине с круговым концентратором напряжений после дозированного растяжения
3.2. Долговечность деталей с концентраторами напряжений, подвергнутых дозированному нагружению
3.3. Механизм возникновения остаточных напряжений в деталях с концентраторами при дозированном предварительном нагружении
3.4. Экспериментальное исследование процесса формирования остаточных напряжений при дозированном нагружении в деталях с концентраторами
3.5. Экспериментальное исследование влияния предварительного нагружения на прочность и долговечность деталей с концентраторами при циклически меняющихся напряжениях
ВЫВОДЫ
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УПРОЧНЁННЫХ ДЕТАЛЕЙ С УЧЁТОМ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ДОЗИРОВАННОГО НАГРУЖЕНИЯ
4.1. Несущая способность, надёжность и долговечность деталей
с перфорационными отверстиями, прошедших дозированное деформирование
4.2. Уточнение методики расчёта на прочность деталей с повышенной несущей способностью, прошедших дозированное деформирование
4.3. Проектирование деталей с концентраторами напряжений с учётом влияния предварительного нагружения на их несущую способность и эксплуатационные свойства
4.4. Проектирование деталей машин и механизмов с заданием упрочнения предварительным дозированным нагружением
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ИССЛЕДОВАНИЯ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

В современном машиностроении большое количество деталей и узлов из конструкционных материалов изготавливается с применением разнообразных деформационных методов. Работоспособность и эксплуатационные свойства таких деталей активно меняются при предварительном деформировании материала деталей, так как данный процесс приводит к изменению физических и механических свойств материала и формированию остаточных напряжений в них.
При разработке различных машин и механизмов для деталей используют различные методы их упрочнения, закладываемые в технических требованиях. Применение деталей машин и механизмов, упрочнённых деформационными методами, диктуется необходимостью экономии материалов и энергоресурсов. В машиностроении применяются самые различные классы деталей, в конструкции которых закладывается деформационное упрочнение для повышения их несущей способности и эксплуатационных свойств [5,6, 38, 84]. Существование большого количества таких деталей объясняется также разнообразием методов изготовления, содержащих процессы деформирования, их прогрессивностью по производительности и экономической эффективности [8, 10, 79].
Вопрос применения деформационного упрочнения и учёт возможного изменения свойств материала после дозированного деформирования актуален ещё на этапе проектирования деталей. Это особенно актуально в свете того, что качественные характеристики массовых видов отечественной техники, в первую очередь по показателям надёжности, значительно уступают зарубежным аналогам [64]. Так, ресурс отечественных автотранспортных средств на 200-400 тыс. км ниже, чем зарубежных. Аналогичное положение с показателем «наработки на отказ» нашей сельскохозяйственной техники [24]. Ресурс машины определяется долговечностью её составляющих деталей.. Многие детали (валы, шестерни, оболочки, корпусные детали) подвержены циклическим нагрузкам и разрушению от усталости, а также износу. Недостаточная надёжность выпускаемой техники по данным на 1990 год влечёт огромные расходы на её ремонт (более 49 млрд. руб. в год), не учитывая отвлечения на эти цели трудовых ресурсов и организации

Аналогично из (2.2.1) следует: ст./ и.,=СТ/ исх+(5,7-0,Об£0)£о, (2.2.4)
Приведённые эмпирические зависимости отражены на графиках (рис. 2.7 а, б). Расхождения между расчётными значениями, полученными по эмпирическим зависимостям и экспериментальными данными приведены в таблицах 2.7 и 2.8.
Таблица 2
Расхождение между расчётными значениями и экспериментальными данными для эмпирической зависимости сг/К7=сг./йст+0,69сгдлГ512,9.
£о, % Предел прочности пі Линейная аппроксимация согласно теории Гатса Сплайновая аппроксимация
Расчёт Экспери- мент Погрешно сть А Расчёт Экспери- мент Погрешпо сть Д
0 746 197,72 195,88 0,94% 278,4 282,5 1,44%
2 766 211,52 202,52 4,44% 292,7 288 1,64%
5 793 230,15 229,56 0,26% 311,0 307,0 1,31%
10 826 252,92 257,4 1,74% 334,0 336,8 0,83%
20 874 286,04 278,1 2,84% 366,7 373,7 1,87%
Таблица 2
Расхождение между расчётными значениями и экспериментальными данными для эмпирической зависимости ст./ Л,=СТ/ исх+(5,7-0,06ео)Ео
£», % Линейная аппроксимация согласно теории Гатса Сплайновая аппроксимация
Расчёт Эксперимент А Расчёт Эксперимент А
0 195,88 195,88 0,00% 282,5 282,5 0,00%
2 207,04 202,52 2,23% 293,7 288 0,80%
5 222,88 229,56 2,91% 309,5 307,0 0,59%
10 246,88 Г 257,4 4,09% 333,5 336,8 0,06%
20 285,88 278,1462 2,78% 372,5 373,7 0,32%
В результате аппроксимации отклонение значений от полученных функций (2.2.3) и (2.2.4) составляет менее 3% (табл. 2.7.) и (табл. 2.8.).
Как указывалось, из подобия форм кривых усталости, можно предположить равный рост абсолютных значений напряжения на всей кривой усталости упрочнённого материала. Тогда, если принять Асга=сга ,и-аа исх и воспользоваться формулой (2.2.4) для всех амплитуд напряжений будет:
ю~исдг"^(557-0,Об£о)£о , (2.2.6)