Введение к работе
Актуальность работы. 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 надёжности. Выполнение столь разнообразных задач возможно лишь при применении в конструкциях 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.
Конструктивные методы повышения прочности при переменных нагрузках приводят к увеличению массы, количества комплектующих, усложнению технологии изготовления, ухудшают унификацию и стандартизацию изделий. Поэтому одним из основных резервов повышения сопротивления усталости деталей с концентраторами напряжений является применение современных упрочняющих технологий. Проблеме повышения сопротивления усталости деталей с концентраторами напряжений 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 концентратора) и эксплуатационных (асимметрия цикла, рабочая температура) факторов на уровень остаточных напряжений, установить связь между остаточными напряжениями и характеристиками сопротивления усталости с помощью различных расчётно-экспериментальных зависимостей.
Однако, многие проблемы, связанные с влиянием остаточных напряжений на сопротивление усталости деталей с концентраторами напряжений, требуют своего решения.
Предпринимались попытки оценить влияние остаточных напряжений на предел выносливости упрочнённых полых цилиндрических образцов и деталей различного диаметра с концентраторами напряжений. Но известные из литературных источников данные об оценке приращения предела выносливости разобщены, имеют большой разброс, а порой противоречивы. Поэтому оценка влияния остаточных напряжений на сопротивление усталости полых цилиндрических деталей различного диаметра является актуальной задачей теории и практики производства деталей машин.
Цель работы. Разработка методики прогнозирования предела выносливости упрочнённых полых цилиндрических деталей с концентраторами напряжений после опережающего поверхностного пластического деформирования (01 ПІД) по остаточным напряжениям в образцах-свидетелях для повышения эксплуатационных характеристик машин.
Научная новизна.
1. На основе характеристик образцов-свидетелей создана расчётно-
экспериментальная методика определения приращения предела выносливости в
полых цилиндрических образцах с надрезом полукруглого профиля.
Подтверждена правомерность применения аналитической зависимости между остаточными напряжениями упрочнённых полых цилиндрических образцов с концентраторами напряжений и пределом выносливости для образцов, выполненных из неисследованной ранее по этим параметрам стали 20.
Доказано, что при определении дополнительных остаточных напряжений в полых цилиндрических образцах и деталях можно использовать методику расчёта напряжений для сплошных образцов, диаметр которых равен удвоенной толщине их стенки, что существенно сокращает трудоёмкость расчётных и экспериментальных работ.
Достоверность полученных результатов обусловлена корректностью постановки задач исследования, использованием апробированных аналитических и численных методов расчёта, проведением расчётов на современной вычислительной технике, корректным заданием исходных данных, а также сходимостью данных теоретических расчётов с экспериментальными результатами.
Практическая ценность работы. Разработанная в диссертации методика прогнозирования предела выносливости при изгибе поверхностно упрочнённых полых цилиндрических деталей различного диаметра по результатам определения остаточных напряжений в образце-свидетеле позволяет назначать наиболее эффективные режимы упрочнения и существенно сократить объёмы экспериментальных исследований в дальнейшем.
Основные результаты получены при финансовой поддержке Федерального агентства по образованию в рамках АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011)» (проект РНП 2.1.1/3397 «Разработка методов решения краевых задач, расчётно-информационная база данных и программный комплекс для оценки релаксации остаточных напряжений при ползучести и сопротивления усталости упрочнённых элементов конструкций с концентраторами напряжений» и проект РНП 2.1.1/14141 «Теоретические и экспериментальные исследования влияния диссипативных процессов на механические характеристики и разрушение материалов»).
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в практику проектирования и разработки наземного технологического оборудования для изделий ракетно-космической техники в ЗАО ВКБ РКК «Энергия» (г. Самара) в 2010-2011 гг.
Апробация работы. Результаты проведённых исследований докладывались на Всероссийских научных конференциях с международным участием «Математическое моделирование и краевые задачи» (г. Самара, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011 гг.), третьей Международной научно-технической конференции «Проблемы динамики и прочности в газотурбостроении» (г. Киев, 2007 г.), четвёртой и пятой Российских научно-технических конференциях «Ресурс и диагностика материалов и конструкций» (г. Екатеринбург, 2009 и 2011 гг.), Международных научно-технических конференциях «Проблемы и перспективы
развития двигателестроения » (г. Самара, 2009 и 2011 гг.), пятом Международном форуме «Актуальные проблемы современной науки » (г. Самара, 2010 г.), Международной научно-технической конференции «Прочность материалов и элементов конструкций» (г. Киев, 2010 г.), Российской научно-технической конференции «Мавлютовские чтения» (г. Уфа, 2011 г).
