CC BY
39
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ Ц А Г И
/Том ХШ 1982 № 2
УДК 629.7.015.4:539.43 + 629.7.015.4.023.2
К ВОПРОСУ УПРОЧНЕНИЯ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
1 ‘
В. Г. Лагутин
Экспериментально показано, что вдавливание сферического штампа в зоне схода стрингера к обшивке в монолитной панели повышает статическую и усталостную прочность монолитной панели с прерванным стрингером при ее растяжении.
1. Концентрация напряжений в зоне прерывания стрингера в растянутой монолитной панели исследовалась в упругой постановке в работах [1, 2]. Результаты испытаний на усталостную прочность монолитных панелей с нрерванными стрингерами нриведены в [3]. В работе [4] предложен способ снижения концентрации напряжений в зоне прерывания стрингера путем проснерливания „разгружающих“ отверстий. В данной работе экспериментально показано, что упрочнения зоны прерывания стрингера можно достигнуть вдавливанием сферического штампа. В указанном способе, как и в способах [5, S], вблизи концентратора создаются остаточные напряжения сжатия, которые суммируются с эксплуатационными напряжениями растяжения и умепьшают их. Указанные остаточные напряжения сжатия возникают в пластической области, образовываемой вдавливанием инструмента. При этом упругая область, окружающая образовываемую пластическую область, пытаясь вернуться в исходное ненагруженное состояние, после снятия давления с инструмента сжимает пластическую область и зону наибольшей концентрации.
2. Идею упрочнения рассмотрим на образце из материала Д16 (рис. 1), который был использован для экспериментальной проверки способа упрочнения и который имитировал гинотетнческую, неудачно выполненную в конструктивном отношении панель; стрингер в такой панели умышленно подрезан за один проход фрезы, а обшнвка панели не имеет утолщения в зоне прерывания стрингера. Обжатие производилось в приспособлении (рис. 2), которое исключало местное и общее выпучивание образца и обеспечивало направленное истечение металла из-под вдавливаемого штампа в радиальных направлениях. В образце после сжатия мысленно вырежем симметрично относительно оси х по всей толщине обшивки прямоугольный параллелепипед, ограниченный в декартовых осях х, у, г плоскостями abed, efgh, параллельными плоскости уг, и плоскостями aehd, bfgc, параллельными плоскости хг (рис. 1).
Плоскость abed соприкасается с частью границы отпечатка штампа, а поверхность efgh совпадает с плоскостью подреза стрингера.
Рассмотрим лишь те силы, действующие на гранях, которые имеют проекцию в направлении оси х.
На гранях aehd и bfgc будут действовать усилия pi—p\ (х, у, z). Со сторопы отпечатка штамна па плоскость abed будет действовать давление ръ—р2(х, у, г). Очевидно, на плоскость efgh будет действовать давление р3 — р3 (х, у, г), сжимающее выделенный элемент. Таким образом, после вдавливания штампа наиболее пагруженпая зона прерывания стрингера будет иметь остаточные напряжения
л-л
‘-Лк’-
Рис. 2
сжатия, которые будут „разгружать* место подреза стрингера при растяжении образца, повышая его прочность тем больше, чем ближе граница отпечатка штампа к плоскости подреза стрингера, т. е. чем меньше р2 отличается от р3. Это было подтверждено экспериментально: вдавливание цилиндрического закаленного штампа диаметром 34 мм со сферической рабочей поверхностью радиусом 50 мм усилием 32 500 даН (образец № I) привело к 5%-ному увеличению статической прочности по сравнению с неупрочненным образцом; вдавливание штампа усилием 50 000 даН (образец № 2) приблизило границу отпечатка к месту подреза и обеспечило 9%-ное увеличение статической прочности. Однако вдавливание штампа усилием 70 000 даН (образец № 3) спизило эффект увеличения прочности до 6,5%, что можно объяснить уменьшением нетто-сечения образца (в связи с уменьшением толщины отпечатка В, вызванным увеличением заглубления штампа). Испытания образцов № I, 2, 3 позволяют предположить существование рациональной глубины вдавливания штампа, обеспечивающей для ннх наибольшее упрочнение. Образцы*\№ 2 и 3 разрушились прн однократной нагрузке ие в месте подреза стрингера, а по центру отпечатка штампа (по плоскости уг, рис. 1), т. е. место подреза стрингера после достаточного упрочнения может ие быть наиболее слабым по прочности местом в растянутой монолитной панели при однократной статической нагрузке.
Усталостные испытания пульсирующей нагрузкой с частотой 10 циклов/с, изменяющейся от 0 до 7000 даН (это составляет 74,5% от однократной разрушающей нагрузки для образцов без упрочнения), показали, что вдавливание штампа усилием 49 000 даН приводит к увеличению усталостной прочности
образца по сравнению с неупрочненным образцом в 11,95 раза. При этом усталостная трещина, разрушившая образец, зародилась не в вместе отпечатка
штампа, а в месте подреза стрипгера. Испытания образцов, упрочненных
вдавливанием цилиндрического штампа диаметром 12 мм со сферической рабочей поверхностью радиуса 6 мм, также выявили изложенные выше качественные явления, но показали меньшие эффекты увеличения статической прочности
(5% при усилии вдавливания 7000 даН) и увеличения усталостной прочности (в 3,3 раза прн тех же нараметрах нульсирующих циклов).
В заключение автор признателен А. А. Белоусу, Н. Г. Рвачеву, А. Н. Куликову, Б. И. Олькину за внимание к работе и номощь в проведепии эксперимента.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кудряшов А. Б., ЧубаньВ. Д., Шевченко Ю. А. Применение метода конечного элемепта к расчету трехмерных стационарных задач математической теории упругости. .Ученые записки ЦАГИ“, т. V, № 6, 1974.
2. Л и п и н Е. К., Ф р о л ов В. М. Оценка напряженного состоя« ния в концевой зоне прерванного стрингера. „Ученые записки ЦАГИ“, т. VII, № 3, 1976.
3. Олькин С. И., Воробьев А. 3., Ермоленко Б. И., Ковачев А. А. Выносливость монолитных панелей с прерванными стрингерами. Труды ЦАГИ, вып. 1920, 1978.
4. К у л и к о в А. Н., К у т ь и н о в В. Ф., К у шеверский С. К., Панченко И. Н. Повышение несущей способности растянутых панелей с прерванными стрингерами методом разгружающих отверстий. „Ученые записки ЦАГИ“, т. VII, № 3, 1976.
5. Кудрявцев И. В., ШкляровИ. Н., Саввина Н. М., Рыскинд А. М., Назарова А. А. Усталостная прочность коленчатых валов в зависимости от глубины поднутрения нри пластическом выдавливании галтелей. „Вестник машиностроения*, 1979, № 8.
6. Кудрявцев И. В., Филатов & Я., Павловский В. Э-, Пугачевский К. М. Повышение ресурса поворотных кулаков колесных транспортных машин упрочнением поверхностным пластическим деформированием. .Прикладная механика“, т. XV, № 9, 1979.
Рукопись поступила 251/Х 1980
