Введение
Глава 1. Математическая постановка задачи и ее численная формулировка 11
Глава 2. Исследование стрелы прогиба полосы в зависимости от ее ширины 14
2.1 Постановка задачи 14
2.2 Численное моделирование в программном комплексе ANSYS
APDL 17
2.3 Результаты численного решения 18
2.4 Вывод по главе 2 20
Глава 3. Исследование особенностей распределения остаточных напряжений в пластине с локальной областью поверхности, подвергнутой лазерной проковке 21
3.1 Постановка задачи 21
3.2 Численное моделирование в программном комплексе ANSYS
APDL 23
3.3 Результаты численного решения 25
3.4 Вывод по главе 3 27
Глава 4. Исследование особенностей распределения остаточных напряжений вблизи кромки лопатки . . . 28
4.1 Постановка задачи 28
4.2 Численное моделирование в программном комплексе ANSYS
APDL 29
4.3 Результаты численного решения 31
4.4 Вывод по главе 4 33
Стр.
Заключение 34
Список литературы
Современные регламенты проектирования авиационного двигателя содержат требования прямого учета в расчетах на прочность поверхностного
слоя тангенциальных сжимающих остаточных напряжений [1]. Данный слой
обычно наводится процессом холодной обработки детали путем бомбардировки участка ее поверхности мелкими стальными шариками. Удар каждой
дробинки оставляет на поверхности микроскопическую ямку и в целом покрытие такими ямками приводит к пластическому растяжению материала в
касательной плоскости к обрабатываемой поверхности в тонком приповерхностном слое (при обработке пластины в умеренном количестве это ведет к
ее изгибу с выпуклостью со стороны обработанной поверхности [2]).
Упругость материала стремится восстановить начальную форму детали
вблизи ее поверхности, что приводит к образованию в поверхностном слое поля тангенциальных сжимающих остаточных напряжений и необходимого для
равновесия поля остаточных напряжений в детали вне этого слоя. Поскольку
усталостное и коррозионное разрушение, водородное охрупчивание, разрушение вследствие износа, выкрашивания, образования задиров и кавитационной
эрозии деталей машин начинается с поверхности, такая ее обработка способствует увеличению их ресурса.
Рассматриваемые технологические процессы поверхностного упрочнения разнообразны, чаще всего используются пневмо и гидродробеструйная
обработка [3], дробеструйная обработка и обкатка в сочетании ультразвуком
[4; 5], технологии с применением кавитации [6; 7], обкатка роликом, алмазное
выглаживание. Указанные технологии эффективно применяются для литых
или спеченных из порошка высокопрочных сталей, алюминиевых и титановых сплавов [8; 9].
В работе численно исследуются поля остаточных напряжений и перемещений в некоторых задачах, важных с точки зрения приложений к
проектированию перспективных технологий поверхностной обработки ответственных деталей авиационного двигателя и методов разрушающего
контроля остаточных напряжений. Использование прямого моделирования
технологического процесса, посредством которого создаются эти остаточные
напряжения, необходимо для исследования закономерностей их формиро
9вания и выбора рациональных режимов, но для внесения остаточных
напряжений в численную модель прогнозирования ресурса изделия выглядит избыточным средством. Для постановки подобных задач вместо расчета
предшествующего процесса поверхностной обработки разумно задавать распределение по глубине приповерхностного слоя пластических деформаций,
являющихся источником остаточных напряжений в упругом теле. В отличие
от поля остаточных напряжений пограничный слой пластических деформаций вблизи свободной границы не изменяется при вырезке полосы из изделия,
не должен удовлетворять каким-либо полевым уравнениям и потому предоставляет удобный способ введения остаточных напряжений в численную
модель.
Основные результаты работы заключаются в следующем:
1. Подтверждена независимость стрелы прогиба полосы, подвергнутой односторонней однородной поверхностной обработке пластическим деформированием, от ее ширины. Данный факт важен
при лабораторном исследовании остаточных напряжений методом
Н.Н.Давиденкова, в особенности нестандартных образцов, разработке нового оборудования для этих задач.
2. Показана возможность оценки глубины и максимальной величины
остаточных напряжений с использованием обработки части поверхности контрольной пластины. Ошибка по максимальной величине
остаточных напряжений не превышает 8%, при этом для частично
обработанной пластины удовлетворяется с хорошим приближением
интегральное условие равновесия. Данный результат обосновывает
упрощенную методику исследования параметров профиля остаточных напряжений, наведенных различными технологиями обработки.
3. Показано образование опасного концентратора растягивающих напряжений вблизи кромки затупленного клина при его поверхностной
обработке пластическими деформациями, способного приводить к
пластическому разрыхлению и образованию усталостных трещин в
данной области.
