Введение к работе
Актуальность работы. Строительство двух крупнейших в Европе трубопроводов «Северный поток» и «Южный поток», авария на Чернобыльской АЭС, все эти процессы нового времени предъявляют дополнительные требования к осесимметричной металлопродукции из анизотропных и изотропных материалов с целью создания надежных и долговечных изделий и конструкций, работающих в условиях высоких нагрузок, скоростей, агрессивных сред и значительных колебаний параметров внешней среды. При этом большую роль играет такой показатель качества, как уровень остаточных напряжений в деталях машин и конструкций.
Использование существующих теоретических методов определения остаточных напряжений в осесимметричных изделиях затруднено сложностью предлагаемых способов и необходимостью наличия банка данных о термомеханических характеристиках различных материалов. Недостаточно обоснованные допущения при этом приводят к значительным погрешностям. Что касается экспериментальных методов определения остаточных напряжений, то для их применения необходима сложная и дорогостоящая измерительная аппаратура.
Актуальность диссертационной работы заключается в исследовании закономерностей формирования остаточных напряжений при холодном пластическом деформировании применительно к осесимметричным металлоизделиям. При этом рассмотрены вопросы формирования остаточных напряжений в процессах холодного деформирования волочением осесимметричных изделий. При исследовании остаточных напряжений предложены методики определения технологических остаточных напряжений на основе энергетического подхода. На кафедре Динамики и прочности машин Пермского Национального Исследовательского Политехнического Университета предложен и развивается энергетический подход к определению остаточных напряжений, однако в более ранних работах рассматриваются изотропные материалы. В диссертационной работе энергетический подход развит применительно к анизотропным материалам, в частности, к трансверсально-изотропным.
Цели и задачи работы.
Целью диссертационной работы является исследование технологических остаточных напряжений в осесимметричных изделиях из изотропных и анизотропных материалов, полученных пластическим деформированием; определение предельных технологических режимов пластического деформирования осесимметричных изделий из условия обеспечения прочности и точности, что позволяет соответствующим образом строить технологический процесс и предотвратить последеформационное разрушение металлоизделий от остаточных напряжений.
Научная новизна работы состоит в следующем:
для решения задачи определения остаточных напряжений в трубных и прутковых заготовках из анизотропного материала для различных технологических параметров процесса пластического деформирования применён энергетический подход;
предложена методика оценки появления вторичных пластических деформаций от остаточных напряжений, возникающих при деформации осесимметричных трубных металлоизделий, которая позволяет определить количество переходов многократного деформирования;
предложена методика, позволяющая определить предельные перемещения из условий сохранения сплошности осесимметричной прутковой и трубной заготовки при пластическом деформировании анизотропного материала, и позволяющая провести оптимизацию технологического процесса и предотвратить разрушение металлоизделий от остаточных напряжений.
Практическая значимость заключается в том, что на основе полученных результатов определены оптимальные соотношения технологических параметров пластического деформирования осесимметричных изделий из условий предотвращения последеформационно-го разрушения от остаточных напряжений, в сочетании с методами неразрушающего контро-
ля дефектов в готовых изделиях показана возможность прогнозирования прочности и долговечности элементов конструкций в условиях эксплуатации; предложенные методики позволяют соответствующим образом строить технологический процесс, предотвратить последе-формационное разрушение металлоизделий от остаточных напряжений и обеспечить заданную точность металлоизделий.
Достоверность результатов и выводов обеспечивается корректным использованием моделей, применяемых в материаловедении, методов и подходов механики деформируемого твёрдого тела, подтверждается их удовлетворительным соответствием данным экспериментальных и теоретических исследований закономерностей распределения остаточных напряжений в осесимметричных изделиях, полученных другими авторами.
Личный вклад автора в получение результатов, изложенных в диссертации, заключается в следующем:
проведены исследования, посвященные определению остаточных напряжений при пластической деформации анизотропных и изотропных осесимметричных металлоизделий;
предложены методики определения остаточных напряжений для анизотропных прутков и труб, которые позволяют предсказать и предотвратить последеформационное разрушение металлоизделий от остаточных напряжений;
предложены методики оценки точности изотропных и анизотропных металлоизделий после пластического деформирования;
определены предельные режимы пластического деформирования из условий сохранения прочности при наличии остаточных напряжений.
Апробация работы.
Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах кафедры «Динамика и прочность машин» (руководитель - доктор технических наук, профессор Г.Л. Колмогоров), всероссийской научно-технической конференции студентов и молодых учёных факультета прикладной математики и механики ПГТУ, 2009 г., XI Всероссийской конференции «Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации - 2008», г. Пермь, I международная интернет конференция электротехнического факультета ПГТУ «InnoTECH 2009».
Результаты работы используются в учебном процессе кафедры «Динамика и прочность машин» при выполнении курсовых и дипломных работ, написании бакалаврских и магистерских работ.
Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 6 статьях и тезисах докладов, из них две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения по результатам исследований. Работа изложена на 119 страницах и содержит 25 рисунков, 3 таблицы, список литературы из 100 наименований.
