The effect of surface plastic hardening technology, residual stresses and boundary conditions on the buckling of a beam

Abstract

The complex influence of the surface plastic hardening technology, residual stresses, and boundary conditions on the bending of a hardened beam of EP742 alloy was performed. A phenomenological method of restoring the fields of residual stress and plastic deformations performed by its experimental verification in the particular case of ultrasonic hardening is given. The correspondence of the calculated and experimental data for the residual stresses is observed. For assess the influence of the formed residual stresses on convex cylinders, the calculation methods are used for initial strains based on using analogies between the initial (residual) plastic strains and temperature strains in an inhomogeneous temperature field. This allowed us to reduce the consideration of the problem to the problem of thermoelasticity, which was further solved by numerical methods. The effect of four types of boundary conditions for fixing the ends of the beams (rigid fastening and articulation of the ends and ribs in various combinations, cantilever) on the shape and size of the bending of the beam 10×10×100 mm after ultrasonic hardening is studied in detail. It was found that the minimum deflection is observed with a hard seal of both ends of the beam. The effect of the thickness of the beam, which varied from 2 to 10 mm, on their buckling under the same distribution of residual stresses in the hardened layer was studied, and the nonlinear nature of the increase in the deflection boom with decreasing thickness for all types of boundary conditions was established. It is shown that under all boundary conditions, the curvature along the length of the beam practically does not change, therefore it can be considered constant. The consequence of this is the preservation of the hypothesis of flat sections after the hardening procedure, which is confirmed by the calculated profile of the beam section in plane symmetry, close to a straight line. The influence of the anisotropy of surface plastic hardening on the buckling of the beam was found to be significant, which can serve as the basis for choosing the optimal hardening procedure. The performed parametric analysis of the task is presented in the form of graphical and tabular information on the results of the calculations.

Влияние Размеров Области Поверхностного Упрочнения На Напряженно-Деформированное Состояние Балки С Надрезом Полукруглого Профиля

“…Этот подход широко используется и в современных исследованиях в связи с возросшим спектром возможностей вычислительной техники и программного обеспечения [13,14,20,[24][25][26][27]. В основном используют изотропный характер задания первоначальных деформаций с фиксированным уровнем их величины по глубине упрочненного слоя.…”

“…Получены на качественном уровне зависимости распределения остаточных напряжений по глубине слоя в зависимости от технологии упрочнения, геометрических параметров детали и концентратора, глубины залегания первоначальных пластических деформаций, что позволило провести сравнительный анализ эффективности схем упрочнения. В работах [13,14,24,26,27] использовались уже реальные экспериментальные эпюры распределения некоторых компонент тензора остаточных напряжений и на основе этой информации разработаны методы реконструкции напряженно-деформированного состояния после процедуры упрочнения, при этом краевая задача сводилась к решению фиктивной задачи термоупругости в неоднородном (по глубине слоя) температурном поле с учетом аналогии между температурными и остаточными пластическими деформациями.…”

“…рис. 1), ( ( )) -коэффициенты температурного расширения, = ( ) -заданное температурное поле по координате , при этом закон изменения температуры может быть любым [24,27]. Суть метода состоит в том, что известные остаточные пластические деформации (формулы (1)) приравниваются к температурным деформациям (правая часть (3)).…”

“…Распределение температуры = ( ) в гладкой балке задавалось в соответствии с решением стационарной задачи теплопроводности, в которой на упрочненной поверхности задавалась температура 1 = 400 ℃, на противоположной ей грани -0 = 20 ℃, а боковые грани теплоизолированы, т. е. рассматривалось решение задачи теплопроводности с граничными условиями первого рода. В расчетах использовались справочные значения коэффициента температуропроводности для сплава ЭП742 в зависимости от температуры (приведены в [27]). В случае упрочнения части поверхности балки (заштрихована на рис.…”

The method of reconstruction of residual stresses and plastic deformations in thin-walled pipelines in the delivery state and after bilateral vibro-shock surface hardening with a shot

“…При моделировании напряженно-деформированного состояния односторонне упрочненных с внешней поверхности полых цилиндрических образцов суть подхода заключается в том, что для определения нормальных компонент тензоров остаточных напряжений и необратимых деформаций необходимо иметь одну или две (в зависимости от технологии упрочнения) экспериментальные эпюры остаточных напряжений. Возможность определения приповерхностной остаточной пластической деформации позволяет оценить и остаточную микрогеометрию обработанной детали после упрочнения [37].…”