КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 23-29-00434
НазваниеМетоды расчета формирования и релаксации остаточных напряжений в поверхностно упрочненных призматических и цилиндрических элементах конструкций с концентраторами напряжений технологического или эксплуатационного характера в условиях ползучести
Руководитель Радченко Владимир Павлович, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" , Самарская обл
Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-101 - Прочность, живучесть и разрушение материалов и конструкций
Ключевые слова поверхностно пластическое деформирование, остаточные напряжения, призматические и цилиндрические образцы, концентраторы напряжений, надрезы, высокотемпературная ползучесть, релаксация, сложное напряженное состояние
Код ГРНТИ30.19.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Прочностные свойства любого изделия, в зависимости от его назначения, закладываются на стадии проектирования и определяются не только качеством наружной поверхности – шероховатостью, волнистостью, степенью точности и т. д., но и способностью поверхностного слоя изделий «противостоять» ужесточающимся температурно-силовым воздействиям, влиянию агрессивных сред. Нанесение же на поверхность концентраторов напряжений технологического назначения или возникающих в процессе эксплуатации приводит к существенной концентрации напряжений и преждевременному отказу изделия. Поэтому данный проект направлен, в первую очередь, на решение проблемы безопасной эксплуатации ответственных элементов конструкций, в том числе с концентраторами напряжений, находящихся под воздействием высоких температур, нестационарного сложного напряженного состояния, сопровождающегося появлением необратимых реологических деформаций в условиях ползучести с учетом начального напряженно-деформированного состояния вследствие поверхностного пластического упрочнения.
В первую очередь, необходимо решать проблему изначально ослабленного поверхностного слоя любой детали. Одним из подходов увеличения показателей надежности являются методы поверхностного пластического деформирования, в результате применения которых в приповерхностном слое возникает поле сжимающих остаточных напряжений, препятствующих распространению микротрещин внутрь детали, что и позволяет увеличить ресурс упрочненных деталей.
Такой фактор воздействия на поверхность, как поверхностное пластическое деформирование, привел к постановке и развитию новых методов решения задач реконструкции остаточных напряжений в призматических и сплошных и полых цилиндрических изделиях с концентраторами напряжений в виде надрезов и трещиноподобных дефектов после опережающего поверхностного пластического деформирования в упругой и упругопластической постановке и метода расчета релаксации остаточных напряжений в этих элементах конструкций при ползучести, что и является одной из ключевых задач данного проекта. Планируется решить ряд задач при исследовании влияния надреза и его геометрических характеристик, величины зоны упрочнения периодической системы концентраторов, температурно-силовых факторов и вида напряженного состояния, кинематических ограничений на перемещения, массовых сил при вращении и других факторов на формирование и релаксацию остаточных напряжений вследствие ползучести в деталях с концентраторами напряжений. Впервые ставится задача кинетики полей остаточных напряжений при двухстороннем упрочнении полых цилиндрических тел либо наведенных после их механического изготовления (состояние поставки) с кольцевыми концентраторами на внешней и внутренней поверхностях и аналогичная задача для упрочненных резьбовых соединений. Важность решения сформулированных задач связана с тем, что при изготовлении ответственных элементов конструкций в различных отраслях промышленности (авиадвигателестроении, энергомашиностроении, нефтехимическая отрасль и другие) процедура поверхностно пластического деформирования является обязательной штатной технологией, требующей оценки напряженно-деформированного состояния деталей с концентраторами напряжений либо технологического назначения, либо приобретенных в процессе эксплуатации после опережающего поверхностного пластического деформирования с последующей оценкой кинетики остаточных напряжений в процессе высокотемпературного реологического деформирования.
Для всех задач планируется разработка не имеющих аналогов программных продуктов и методических рекомендаций для использования полученных результатов в прикладных задачах механики упрочненных конструкций.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Радченко В.П., Деревянка Е.Е.
Кинетика остаточных напряжений в тонкостенных цилиндрических образцах после двухстороннего поверхностного упрочнения в условиях ползучести при жестких ограничениях на угловые и осевые линейные перемещения
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика, Т. 23, № 2. С. 227-240 (год публикации - 2023)
10.18500/1816-9791-2023-23-2-227-240
2.
Радченко В.П., Бербасова Т.И., Саушкин М.Н., Акинфиева М.М.
Релаксация остаточных напряжений в поверхностно упрочненных вращающихся призматических элементах конструкций в условиях ползучести
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика, Т. 23, № 4. С. 512-530 (год публикации - 2023)
10.18500/1816-9791-2023-23-4-512-530
3.
Глебов В.Е.
Влияние поверхностного пластического упрочнения на геометрические параметры круговых концентраторов напряжений в пластинах
Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки, Т. 27, № 3. С. 476-490 (год публикации - 2023)
10.14498/vsgtu2019
4.
Радченко В.П., Шишкин Д.М., Саушкин М.Н.
Численное решение задачи о напряженно-деформированном состоянии поверхностно упрочненного призматического образца с надрезом V-образного профиля в упругой и упругопластической постановках
Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки, Т. 27, № 3. С. 491-508 (год публикации - 2023)
10.14498/vsgtu2017
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
I. Разработана методика расчета кинетики напряженно-деформированного состояния в поверхностно упрочненных сплошных цилиндрических изделиях с кольцевыми концентраторами (круговыми надрезами) различной геометрической формы и разрезов (полукруглые надрезы различного радиуса, надрезы квадратной формы с различными длинами сторон, V-образные и близкие к трещиноподобным дефекты с углом раскрытия от одного до девяносто градусов) при ползучести в условиях термоэкспозиции и осевого растяжения, включающая:
1) метод реконструкции напряженно-деформированного состояния (НДС) после опережающего поверхностно пластического деформирования (ОППД) в цилиндрических сплошных образцах с концентраторами напряжений в виде профильных надрезов указанных типов в упругопластической постановке. Метод включает методику реконструкции напряженно-деформированного состояния (НДС) после ОППД в цилиндрических образцах с концентраторами напряжений в виде профильных надрезов указанных типов в упругой и упругопластической постановках;
2) численный метод расчета ползучести цилиндрических образцов с концентраторами напряжений для оценки кинетики остаточных напряжений после опережающего поверхностно пластического деформирования в условиях термоэкспозиции и осевого нагружения;
3) алгоритмы и программное обеспечение для реализации методики.
В частных случаях выполнена экспериментальная проверка разработанной методики.
На основании разработанной методики получены следующие результаты:
1) проведен ряд расчетов и выполнен анализ влияния формы и геометрии надрезов на формирование ОН в цилиндрических образцах из сплавов широко используемых в авиадвигателестроении, даны рекомендации по использованию решения задач реконструкции ОН в упругой/упругопластической постановках для определения начального НДС после ОППД;
2) исследовано влияние предварительно остаточного НДС на релаксацию ОН в процессе ползучести;
3) в результате расчетов установлено, что за 1000 часов выдержки в условиях ползучести поля ОН в области надрезов существенно релаксируют, но после температурно-силовой нагрузки имеют достаточно высокие уровни в области сжатия материала;
4) выполнен анализ влияния анизотропии поверхностно пластического деформирования на формирование и релаксацию ОН в области концентраторов напряжений (надрезов) в сплошных цилиндрических тел.
II. Разработан метод расчета формирования и релаксации остаточных напряжений в условиях ползучести в концентраторах напряжений типа круговых надрезов в полых цилиндрических образцах после опережающего поверхностно пластического деформирования внешней поверхности в условиях осевого растяжения и термоэкспозиции создано алгоритмическое и программное обеспечение для реализации метода.
III. Разработан метод расчета формирования и релаксации остаточных напряжений в условиях ползучести в концентраторах напряжений типа круговых надрезов во вращающихся цилиндрических образцах, создано алгоритмическое и программное обеспечение.
IV. Разработан метод расчета формирования и релаксации остаточных напряжений вследствии ползучести в периодической системе концентраторов в виде системы кольцевых надрезов в цилиндрических деталях после опережающего поверхностно пластического деформирования после упрочнения внешней боковой поверхности.
Установлено существенное ослабление интенсивности ОН в периодической системе концентраторов по сравнению с интенсивностью ОН для одиночного концентратора. Уровень ОН нелинейно убывает (по модулю) от крайнего надреза в системе к среднему надрезу во все временные сечения.
Разработаны некоторые рекомендации по применению полученных результатов для цилиндрических образцов с концентраторами напряжений в прикладных задачах технологической практики и при эксплуатации упрочненных деталей в условиях высокотемпературной ползучести в авиадвигателестроении, энергетическом машиностроении и других промышленных отраслях, где поверхностное упрочнение является штатной технологией, а цилиндрические детали с концентраторами напряжений эксплуатируются в условиях высокотемпературной ползучести.
Публикации
1.
Радченко В.П., Саушкин М.Н., Шишкин Д.М.
Анализ остаточных напряжений в поверхностно упрочненных вращающихся призматических элементах с полукруглыми надрезами в условиях высокотемпературной ползучести
Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки, Т. 28, № 3. С. 489-515 (год публикации - 2024)
10.14498/vsgtu2099
2.
Радченко В.П., Саушкин М.Н., Шишкин Д.М.
Релаксация остаточных напряжений в поверхностно упрочненном призматическом образце с концентратором напряжений полукруглого профиля в условиях высокотемпературной ползучести
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика, № 4. С. 44-55 (год публикации - 2024)
10.15593/perm.mech/2024.4.05
3. Радченко В.П., Глебов В.Е. A method for calculating the relaxation of residual creep stresses in a surface-hardened cylinder with a series of periodically arranged semicircular incisions under thermal exposure conditions Mechanics of Solids (год публикации - 2024)
4. Саушкин М.Н., Акинфиева М.М. Приближенное аналитическое представление полей остаточных напряжений и пластических деформаций в тонкостенном цилиндре после двустороннего поверхностного упрочнения Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика (год публикации - 2025)
5.
Радченко В.П., Саушкин М.Н., Шишкин Д.М.
Численный метод расчета полей остаточных напряжений в поверхностно упрочненном призматическом образце с несквозной поперечной трещиной V-образного профиля в упругопластической постановке
Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки, Т. 28, № 2. С. 267-285 (год публикации - 2024)
10.14498/vsgtu2070