Разработка методов расчета остаточных напряжений и сопротивления усталости в неоднородном поверхностном слое элементов конструкций

• Автор: Бордаков, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.02.04, 01.02.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 400 с. : ил.

Оглавление

Введение
1. Обзор литературы по теме диссертации и постановка задач исследования
1.1. Методы определения остаточных напряжений в деталях с концентраторами с позиций механики деформируемого
твердого тела
1.2. Прогнозирование и ускоренное определение
предела выносливости
1.3. Влияние технологических остаточных напряжений на сопротивление усталости и методики численного учета этого
влияния
1.4. Основные положения теории ослабленного
поверхностного слоя
1.5. Выводы, цель и задачи исследования
2. Механика возникновения остаточных напряжений в поверхностном слое деталей, предварительно свободных от них
2.1. Математическая модель возникновения остаточных напряжений в деталях с учетом физической неоднородности поверхностного
слоя и циклических нагрузок
2.1.1. Теоретические положения математической модели
2.1.2. Применение метода конечных элементов для определения остаточных напряжений в гладких цилиндрических деталях и
деталях с концентраторами напряжений
2.2. Методики экспериментального определения остаточных напряжений. Оборудование и методики статических испытаний и испытаний на усталость

2.2.1. Оборудование и методики определения остаточных
напряжений
2.2.2. Оборудование и методики статических испытаний
и испытаний на усталость
2.3. Механика формирования остаточных напряжений в поверхностном слое гладких деталей с учетом действия
циклических нагрузок
2.3.1. Влияние физико-механических характеристик поверхностного слоя деталей на распределение остаточных напряжений в условиях однократно-статических и стационарно циклических нагружений
2.3.2. Закономерности формирования остаточных напряжений в
гладких деталях на этапе разгружения при испытаниях на усталость
2.4. Механика формирования остаточных напряжений
в условиях концентрации напряжений при однократно-статическом нагружении
2.4.1. Влияние физико-механических характеристик поверхностного слоя на распределение остаточных напряжений после однократностатического нагружения
2.4.2. Расчетно-экспериментальная методика определения механических характеристик ослабленного поверхностного слоя
2.5. Механика формирования остаточных напряжений в условиях концентрации напряжений при действии циклической
нагрузки
2.6. Методика прогнозирования предела выносливости деталей, предварительно свободных от остаточных напряжений, с использованием принципов механики остаточных напряжений
2.7. Связь остаточных напряжений и эффективного коэффициента концентрации
2.8. Выводы по главе
3. Механика перераспределения остаточных напряжений в поверхностном слое деталей в условиях концентрации после ОППД
при действии циклических нагрузок
3.1. Математические модели возникновения и перераспределения остаточных напряжений в деталях, обработанных ОППД, при циклическом нагружении. Методики
экспериментального исследования
3.2. Влияние ОППД на формирование остаточного напряженно-деформированного состояния физически неоднородного поверхностного слоя деталей с концентраторами напряжений
3.3. Методика прогнозирования предела выносливости деталей, изготовленных ОППД с использованием принципов механики остаточных напряжений
3.4. Выводы по главе
4. Механика перераспределения остаточных напряжений в поверхностном слое деталей после ППД при действии
циклических нагрузок
4.1. Математические модели формирования и перераспределения остаточных напряжений, обработанных ППД, при циклическом нагружении. Закономерности формирования остаточных напряжений в локальных зонах упрочнения
4.2. Влияние ППД на закономерности перераспределения остаточных напряжений поверхностного слоя при однократно-статическом нагружении. Методика определения механических характеристик физически-неоднородного поверхностного слоя с учетом ППД
4.3. Влияние ППД и физико-механических свойств упрочненного поверхностного слоя на перераспределение остаточных напряжений
при циклическом нагружении
4.4. Методика прогнозирования предела выносливости деталей,

многие феномены, такие как образование площадки текучести на диаграммах растяжения, физический предел выносливости, эффект Баушингера, эффект Портевена-Лешателье, разрыв кривых усталости при переходе от малоцикловой к многоцикловой усталости и другие вызваны наличием ослабленного поверхностного слоя с аномально низкими механическими характеристиками, в частности, пределом текучести. Рассмотрим причины, обуславливающие это особое поведение поверхностных слоев. Если взять поверхностные зерна и зерна, расположенные в объеме металла, то следует отметить неравноценность их с точки зрения возможности развития пластической деформации. В поверхностных зернах пластическая деформация облегчена вследствие/33/:
> возможности выхода дислокаций на свободную поверхность;
> более низкого напряжения действия источников Франка-Рида, т. к. в поверхностных слоях источники дислокаций имеют преимущественно форму петель, закрепленных одним концом, тогда как в глубине материала источники имеют две точки закрепления;
> облегченного выхода вакансий на поверхность;
> наличие в поверхностном слое более грубой, чем в объеме материала, дислокационной сетки Франка, в связи с чем для генерирования дислокаций требуется меньшее напряжение.
Таким образом, дислокации, расположенные в поверхностных зернах, при низких напряжениях могут двигаться более свободно, чем глубинные дислокации, что обуславливает преимущественное пластическое течение поверхностных слоев металла при деформации в квазиупругой области. Было показано /11, 117/, что эффективная длина источника Франка-Рида у поверхности может быть вдвое больше длины источника внутри материала и, следовательно, поверхностные источники действуют при вдвое меньших напряжениях. Кроме того, известно (/8, 10, 11/), что гетерогенные источники (окисные пленки, микротрещины,
микрогеометрия поверхности и прочее), концентрация которых у поверхности всегда выше, чем в объеме материала, работают при гораздо меньшем уровне внешних напряжений, чем гомогенные источники, возникающие в совершенных