CC BY
44
Секция «Модели и методы анализа прочности, динамики и надежности конструкций КА»
УДК 539.319
А. А. Филиппов, Н. Н. Микушев Научный руководитель - В. С. Вакулюк Самарский государственный аэрокосмический университет имени С. П. Королева, Самара
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В УПРОЧНЕННОЙ ДЕТАЛИ С У-ОБРАЗНЫМИ НАДРЕЗАМИ
Описана методика расчета остаточных напряжений при упрочнении детали.
Расчет остаточных напряжений проводился методом конечных элементов (МКЭ) по изотропным первоначальным деформациям поверхностного слоя плоской детали для случая плоской деформации. Результаты расчета приведены на рисунке, где показана зависимость меридиональных остаточных напряжений сф в наименьшем сечении у поверхности детали при различных толщинах деформированного слоя от Б0 = 1/2 Я(л-р) - половины длины дуги контура впадины концентратора. Остаточные напряжения здесь приведены к относительному пара-
V г СТФ Ее0
метру К: К = ——, где ст5^0 =-— остаточные
СТ5^0 1 ^
напряжения при упрочнении бесконечно тонкого слоя детали.
Анализ результатов расчета (рисунок) показывает, что распределение остаточных напряжений при упрочнении впадины концентратора аналогично распределению осевых остаточных напряжений в гладкой детали при упрочнении малых по протяженности зон, где также наблюдается снижение остаточных напряжений при уменьшении зоны деформирования. На величину остаточных напряжений влияет не только радиус концентратора Я, но и угол раскрытия в, причем влияние угла раскрытия с увеличением радиуса уменьшается. Уменьшается также влияние угла и при меньших толщинах упрочненного слоя. При упрочнении впадины концен-
тратора увеличение толщины деформированного слоя приводит к уменьшению остаточных напряжений в наименьшем сечении детали.
Распределение остаточных напряжений в наименьшем сечении у поверхности детали: — 5 = 0,2 мм, - - - 5 = 0,1 мм): 1 - в = 60°; 2 - в = 90°; 3 - в = 120°
Работа выполнена при поддержке Федерального агентства по образованию (проект РНП.2.1.1/3397).
© Филиппов А. А., Микушев Н. Н., Вакулюк В. С., 2010
УДК 621.787
А. В. Чирков, Н. Д. Филатов, П. С. Доденко Научный руководитель - В. А. Кирпичев Самарский государственный аэрокосмический университет имени С. П. Королева, Самара
ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ НА ПРЕДЕЛ ВЫНОСЛИВОСТИ
УПРОЧНЕННОЙ ДЕТАЛИ
Установлено, что с увеличением степени концентрации, коэффициент влияния остаточных напряжений на приращение предела выносливости упрочненной детали уменьшается.
Оценка влияния сжимающих остаточных напряжений на приращение предела выносливости Дст-1 проводилась по критерию среднеинтегральных остаточных напряжений Стост : Аст-1 = уст | Пост |, где уст - коэффициент влияния остаточных напряжений
на предел выносливости. Теоретический аст и эффективный Кст коэффициенты концентрации напряжений определялись по данным справочной литературы.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
Надрез. Гладкие образцы диаметром 15 мм из стали 30ХГСА подвергались гидродробеструйной обработке и обкатке роликом. На упрочненные и неупрочненные образцы наносились круговые надрезы полукруглого профиля радиуса Я = 0,3 и 0,5 мм. Испытания образцов на усталость показали, что значения коэффициента для образцов с надрезом находились в пределах от 0,334 до 0,387 при изменении аа от 2,43 до 2,78 и Ка от 1,98 до 2,25.
Галтель. Образцы диаметром 10 мм в гладкой части с галтелью радиуса Я из сталей 45 (Я = 0,125 мм), 30ХГСА (Я = 0,1 мм), 12Х18Н10Т (Я = 0,15 мм) и сплава Д16Т (Я = 0,08 мм) подвергались обработке микрошариками. Испытания образцов на усталость показали, что изменялся от 0,335 до 0,389 при изменении аа от 3,22 до 3,81 и Ка от 2,32 до 2,82.
Резьба. Гладкие образцы диаметром 16 мм из сталей 30ХГСА и 40Х подвергались обкатке роликами на трехроликовом приспособлении при различном усилии обкатки. Затем на упрочненных и неупрочненных образцах фасонным резцом нарезалась резьба М16х2 глубиной 1,23 мм и радиусом закругления впадин Я = 0,3 мм. Испытания на усталость резьбовых образцов из стали 30ХГСА со свободной резьбой (без гайки) проводились при изгибе в случае симметричного цикла. Установлено, что в
этом случае коэффициент равен в среднем 0,369 для четырех партий образцов при аа = 2,6 и К а = 2,37.
Испытания на усталость резьбовых образцов из стали 40Х с гайкой при асимметричном цикле растяжения показали, что в этом случае коэффициент
= 0,111 существенно меньше, чем для образцов
из стали 30ХГСА со свободной резьбой (без гайки) и объясняется большей концентрацией напряжений для резьбы с гайкой, для которой ап = Кп = 6,2.
Линейная аппроксимация методом наименьших квадратов значений коэффициента от величины теоретического аа и эффективного Ка коэффициентов концентрации напряжений дает для описанных в настоящем исследовании опытов следующие зависимости:
= 0,612 - 0,081 ап ; = 0,514 - 0,065 Кп.
Работа выполнена при поддержке Федерального агентства по образованию (проект РНП.2.1.1/3397).
© Чирков А. В., Филатов Н. Д., Доденко П. С., Кирпичев В. А., 2010
