facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip

МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ НАЧАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ ФОРСИРОВАННЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Автор Доклада: 
Косырев С. П., Марьина Н. Л.
Награда: 
МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ НАЧАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ ФОРСИРОВАННЫХ ДИЗЕЛЕЙ

УДК 62.192:621.43-233

МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ НАЧАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ ФОРСИРОВАННЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Косырев Сергей Петрович, д-р техн. наук, проф.
Марьина Надежда Леонидовна, канд. техн. наук, доцент
Балаковский институт техники, технологии и управления


Разрушению коленчатых валов форсированных дизелей по щекам, противовесам, коренным и шатунным шейкам от знакопеременных напряжений изгиба присущи все закономерности усталостного разрушения образцов-свидетелей и, следовательно, приведенные взаимозависимости распределения энергии во время разрушения образцов с достаточной точностью могут быть использованы для элементов коленчатых валов.
Ключевые слова: начальные технологические остаточные напряжения, концентрация напряжений, пластическая деформация, усталостный излом, деформация удлинения.

Destruction of crankshafts boosted diesels on the cheeks , counterweights, main and connecting rod necks of alternating bending stress inherent in all the laws of fatigue fracture of samples of witness and, therefore, given the interdependence of the energy distribution during the destruction of the samples with sufficient accuracy can be used for items of crankshafts.
Keywords: initial processin, residual stresses, stress concentration, plastic deformation, fatigue fracture , the deformation of elongation.

В большинстве случаев усталостная трещина начинается в поверхностном слое элемента коленчатого вала и распространяется вглубь детали. Свое начало трещина берет от локальных ослаблений технологического и эксплуатационного происхождения (надиры и местный наклеп поверхности в местах сочленения элементов коленчатого вала, коррозионные раковины, неровности и риски поверхностей шеек после механической обработки и т.д.) и от мест наибольшей концентрации напряжений (галтели, выкружки, масляные отверстия и т.п.).

В поверхностном слое усталостные трещины возникают реже. Это возможно при наличии упрочненного поверхностного слоя (например, после дифференцированного гидродробеструйного упрочнения, ультразвуковой обработки и др.) или скоплении металлургических дефектов, расположенных близко к поверхности.

В настоящее время нет единого мнения о причинах и механизме положительного влияния того или иного метода ППД элементов коленчатых валов на их усталостную прочность. Из существующих теорий приводятся три основных:
1.ППД повышает усталостную прочность коленчатого вала потому, что оно создает начальные технологические остаточные напряжения (НТОН) в поверхностных слоях его элементов.

2.Поверхностная обработка повышает усталостную прочность коленчатого вала потому, что она увеличивает предел прочности и предел текучести металла его элементов.

3.Поверхностное упрочнение повышает усталостную прочность потому, что оно улучшает структуру и физико-механические свойства поверхностного слоя элементов коленчатого вала.

В процессе производства деталей возникают начальные технологические остаточные напряжения (НТОН) [1]. Особенность НТОН состоит в том, что они действуют только в поверхностных слоях деталей глубиной в 1-2 мм. Поверхностный слой объекта ослаблен из-за структурных и фазовых превращений, изменений по химическому составу, из-за наличия микроконцентраторов напряжений. Ослабление поверхностного слоя и может быть связано с наличием НТОН от механической или термической обработки.

Рассмотрим схему формирования НТОН в пластически деформированном поверхностном слое образца-свидетеля цилиндрического сечения после его разгрузки из предельного состояния. Для этого примем положение, что момент чистого изгиба цилиндрического стержня вызывает упругопластические деформации последнего без упрочнения. Пусть на образец действует изгибающий момент Ми (рис.3). Образец работает в области пластической деформации при условии, что в результате увеличения изгиба с возрастанием момента в крайних, наиболее удаленных от нейтральной линии точках образца создается пластическая деформация, и момент изгиба имеет вид

где W – осевой момент сопротивления сечения образца при изгибе.

Изгибающий момент Ми в сечении образца, который определяется условиями равновесия отсеченной (правой) части образца-свидетеля, одновременно является равнодействующий внутренних сил в сечении, т.е.

Рис.3. Схема формирования НТОН в поверхностном слое образца-свидетеля после пластической деформации

Помещая начало координат в центре тяжести сечения, получаем ε0=0 – деформацию волокна, совпадающего с осью образца-свидетеля (геометрическим местом центров тяжести сечения), т.е. относительное удлинение сердцевины образца. Если связь между напряжением σ1 и относительной деформацией ε в точке поперечного сечения в направлении произвольной оси образца z выражается на диаграмме в виде ломаной линии (рис.3), можно записать

При действии изгибающего момента Ми относительная деформация ε (на основании гипотезы плоских сечений в соответствии с законом упругости Гука) равна

В основе определения НТОН после пластических деформаций лежит известная в теории пластичности теорема о разгрузке Генки, согласно которой «остаточные напряжения равны разности между истинными напряжениями в упругопластическом теле и теми напряжениями, которые создавались бы в нем при предположении об идеальной упругости материала». Таким образом, начальные технологические остаточные напряжения (НТОН) определяются из выражения

В формуле (17) первый член учитывает влияние равномерной по сечению образца деформации с последующей разгрузкой на НТОН. Однако известно, что равномерная по сечению образца деформация не вызывает НТОН. Поэтому первый член формулы (17) должен быть приравлен к нулю. Следовательно, если коэффициент ω отличается от нуля по всему сечению, то начальные технологические остаточные напряжения от действия изгибающего момента МИ вызывается лишь кривизной образца и аналитически выражается зависимостью

                                                                        (18)

Структурный вид формулы (18) показывает, что деформация удлинения образца-свидетеля непосредственно не вызывает НТОН, нов то же время косвенно влияет на их величину, что выражается членом (1-λ), то при изгибе моментом сил МИ возникающие НТОН по своей абсолютной величине значительно ниже напряжений от чистого изгиба. Докажем что геометрически. Пусть отрезок OG на диаграмме деформирования (рис.4) представляет относительную деформацию удлинения εудл, а отрезок GF – относительную деформацию удлинения нагруженного слоя на образце-свидетеле, вызванную изгибом. Тогда величина НТОН после разгрузки выражается отрезком СD. Однако равномерная по сечению образца деформация не вызывает НТОН. Поэтому из отрезка CD необходимо вычесть отрезок СЕ. Оставшаяся часть ED и является начальными технологическими остаточными напряжениями, т.е.

 

Это подтверждается и следующей схемой. Пусть вначале образец-свидетель получил удлинение εудл без изгиба. Тогда напряжения по его сечению достигнут величины GH. Разгрузив образец по линии О1Н, НТОН при этом не возникнут. Затем нагрузим образец-свидетель изгибающим моментом МИ. В этом случае напряжения будут расти по линии О1Н. Если по достижению точки Н нагрузка возрастает, то в нагруженных слоях образца-свидетеля появятся начальные технологические остаточные напряжения. По достижении, например, точки Dи снятии по линии DO2. По теореме Генки о разгрузке НТОН выражаются отрезком

ED=EF-DF.

Такой характер приложения изгибающего момента МИ означает сложное нагружение образца-свидетеля. В данном случае образец сначала удлиняется, затем разгружается. За счет приложения момента сил необходимо получить определенные нагружения (точка Н на рис.4). Дальнейшее нагружение создает условия для формирования НТОН. Пластическая деформация от изгиба распространяется по всему сечению образца-свидетеля. Поэтому НТОН при простом нагружении оказываются значительно меньше, чем при сложном нагружении.

В зависимости (18) составляющая вектора кривизны оси образца-свидетеля после деформации учитывает как упругую составляющую, так и остаточную кривизну, т.е.

 

Литература:

1.Косырев С.П. Исследование остаточных напряжений в высоконагруженных деталях форсированных дизелей/ С.П. Косырев, А.В.Разуваев, Л.А.Сорокина, Р.М.Рафиков, Е.А.Комиссаренко// Двигателестроение. №2. 2003.с.18-23.
2.Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени// М.: Машиностроение, 1977. С.11. 

10
Ваша оценка: Нет Средняя: 10 (1 голос)

Пояснения к статье, Надежда

Извините пожалуйста, формулы загрузились некорректно. Абсолютно не читаются. К сожалению, не смогла проследить за результатом загрузки. Видимо разница в текстовом редакторе, у меня от 2007 года. А открывали в более ранней версии 2003 года.
rdan64

По загрузке на сайт

Уважаемая Надежда Леонидовна! Вы абсолютно правы в своих предположениях по поводу не корректности в загрузке. Я у себя в докладе столкнулся с тем же и не буду повторять свой комментарий к другой Вашей работе. Не переживайте и эта статья с Вашим именитым соавтором весьма удалась. Успехов Вам в защите докторской!
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.