Исследование закономерностей остановки усталостной трещины в цилиндрическом образце с надрезом

В. П. Сазанов

Аннотация


С позиций линейной механики разрушения исследовано явление остановки развития усталостной трещины в цилиндрических образцах с концентраторами напряжений, подвергнутых технологическим операциям упрочнения поверхности. В качестве критерия рассмотрен коэффициент интенсивности напряжений (КИН), размах которого в случае циклического нагружения определяет скорость роста усталостной трещины. Расчётная часть исследования выполнена методом конечно-элементного моделирования с использованием комплекса ANSYS. Расчётный комплекс ANSYS, использующий метод конечно-элементного моделирования в форме перемещений, применён при определении коэффициента интенсивности напряжений при изгибе цилиндрического образца диаметром 10 мм с полукруглым надрезом радиусом 0,5 мм без упрочнения и с упрочнением поверхности. Установлено, что на начальном участке развития усталостной трещины КИН имеет два экстремума: максимальное и минимальное значение. Результаты расчёта показывают, что в случае цилиндрического образца с надрезом и с упрочнением поверхности минимальное значение КИН оказывается меньше его порогового значения, ниже которого трещина не развивается. Данный факт хорошо согласуется с результатами испытаний этих образцов, так как только в них были выявлены нераспространяющиеся трещины усталости. Также установлено, что при максимальном значении коэффициента интенсивности напряжений  глубина трещины составляет величину, равную примерно 0,02 от наименьшего размера сечения цилиндрического образца. Проведённое исследование подтверждает обоснованность использования критерия среднеинтегральных остаточных напряжений для расчёта приращения предела выносливости поверхностно упрочнённых образцов и деталей с концентраторами за счёт сжимающих остаточных напряжений.


Ключ. слова


Концентратор напряжений; нераспространяющаяся трещина усталости; линейная механика разрушения; коэффициент интенсивности напряжений; цилиндрический образец; конечно-элементное моделирование; предел выносливости

Полный текст:

PDF

Список литературы

1. Кудрявцев П.И. Нераспространяющиеся усталостные трещины. М.: Машиностроение, 1982. 174 с.

2. Кудрявцев П.И., Морозова Т.И. Развитие усталостных трещин в сталях в связи с поверхностным наклёпом // Сб. статей «Исследования по упрочнению деталей машин». М.: Машиностроение, 1972. С. 194-200.

3. Кудрявцев П.И. Некоторые особенности строения трещин усталости в низкоуглеродистой стали // В сб.: «Повышение прочности и долговечности деталей машин». № 110. М.: Машиностроение, 1969. С. 105-113.

4. Трощенко В.Т., Покровский В.В., Прокопенко А.В. Трещиностойкость металлов при циклическом нагружении. Киев: Наукова Думка, 1987. 256 с.

5. Павлов В.Ф., Кирпичёв В.А, Вакулюк В.С. Прогнозирование сопротивления усталости поверхностно упрочнённых деталей по остаточным напряжениям. Самара: Самарский научный центр РАН, 2012. 125 с.

6. Павлов В.Ф. Влияние на предел выносливости величины и распределения остаточных напряжений в поверхностном слое детали с концентратором. Сообщение I. Сплошные детали // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 1988. № 8. С. 22-26.

7. Павлов В.Ф. Влияние на предел выносливости величины и распределения остаточных напряжений в поверхностном слое детали с концентратором. Сообщение II. Полые детали // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 1988. № 12. С. 37-40.

8. Сазанов В.П., Чирков А.В., Самойлов В.А., Ларионова Ю.С. Моделирование перераспределения остаточных напряжений в упрочнённых цилиндрических образцах при опережающем поверхностном пластическом деформировании // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С. П. Королёва (национального исследовательского университета). 2011. № 3 (27), ч. 3. С. 171-174.

9. Иванов С.И. К определению остаточных напряжений в цилиндре методом колец и полосок // Сб. трудов «Остаточные напряжения». Вып. 53. Куйбышев: Куйбышевский авиационный институт, 1971. С. 32-42.

10. Кирпичёв В.А., Сазанов В.П., Сургутанов Н.А., Шадрин В.К. О связи коэффициента интенсивности напряжений и нераспространяющейся трещины усталости // Сборник материалов X Всероссийской научной конференции по механике деформируемого твёрдого тела. Т. 2. Самара: Самарский государственный технический университет, 2017. С. 23-25.

11. Броек Д. Основы механики разрушения. М.: Высшая школа, 1980. 368 с.


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/2541-7533-2018-17-1-160-169

Ссылки

  • Ссылки не определены.


 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533