Численный расчет напряженно-деформированного состояния микропрофиля при ортогональном воздействии в условиях стесненного нагружения

Цель – установить геометрию формоизменения модели микронеровностей на рабочих поверхностях деталей при степенях деформирования, сопоставимых с высотой исходного микропрофиля; выявить влияние степени осадки микропрофиля на изменение его формы при стесненных условиях нагружения; оценить напряженное состояние микропрофиля по интенсивности напряжений. Для расчета численной модели микропрофиля на поверхностях деталей использована программная среда ANSYS Workbench. В качестве материала микропрофиля применяли свинец, олово, алюминий и медь. Разработана компьютерная модель осадки микропрофиля при стесненных условиях нагружения. Установлено, что поднятие дна впадины начинается при осадке микропрофиля величиной 10–20% и достигает значений 0,213–0,275 мм от первоначальной высоты профиля в зависимости от его материала. Относительная длина сглаженного участка микропрофиля достигает 0,786–0,925 мм от его первоначальной длины. Угол при основании деформированного микропрофиля достиг 570 – для моделей из меди, и 800 – для моделей из свинца. Глубина пустот составляет от 1,4 мм – 23% от первоначальной высоты профиля для моделей из свинца, и 1,8 мм – 30% от первоначальной высоты профиля для моделей из меди. При максимальной осадке микропрофиля увеличение предела текучести материала микронеровностей с 10 до 60 МПа способствует снижению как угла при основании деформированного микропрофиля, так и относительной длины и вертикального подъема максимальной точки впадин микропрофиля. Установлено, что смыкания боковых поверхностей микропрофиля не произошло. Напряженное состояние микропрофиля при осадке на 50% превысило предел его прочности в 4–8 раз. Представлен характер формоизменения микропрофиля, смоделированного из пластичных металлических материалов. Установлено, что численный расчет хорошо согласуется с результатами экспериментальных исследований по моделям микропрофиля, выполненным из свинца. Необходимо отметить, что полное выглаживание микропрофиля, вероятно, произойдет от поднятия впадин и сближения его боковых поверхностей. Результаты исследования полезно использовать при проектировании и изготовлении затворных узлов трубопроводной арматуры.

1. Проскуряков Ю. Г. технология упрочняющекалибрующей обработки металлов. М.: Машиностроение, 1971. 207 с.

2. El-Tahawy M., Pereira P. H. R., Huang Yi, Park H., Choe Heeman, Langdon T. G., et al. Exceptionally high strength and good ductility in an ultrafine-grained 316L steel processed by severe plastic deformation and subsequent annealing // Materials Letters. 2018. Vol. 214. P. 240–242. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2017.12.040.

3. Никитин Г. С., Галкин М. П., Жихарев П. Ю. Влияние внеконтактных зон на усилия деформирования в процессах обработки металлов давлением // Металлург. 2012. № 10. С. 61–65. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18528138.

4. Демкин Н. Б. Контактирование шероховатых поверхностей. М.: Изд-во «Наука», 1970. 227 с.

5. Шнейдер Ю. Г. Образование регулярных микрорельефов на деталях и их эксплуатационные свойства. Л.: Изд-во «Машиностроение», 1972. 240 c.

6. Вулых Н. В. Анализ напряженного состояния шероховатого слоя при локальном и осесимметричном пластическом деформировании // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017;21(11):17–26. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-11-17-26.

7. Нго Као Кыонг, Зайдес С.А., Лэ Хонг Куанг. Оценка качества упрочненного слоя при поверхностном пл астическом деформировании роликами разных ко нструкций // Вестник Иркутского государственного те хнического университета. 2018. Т. 22. № 1. С. 30–37. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-1-30-37.

8. Chen Xiaolin, Liu Yiijun. Finite element modeling and simulation with ANSYS Workbench: «CRC Press», 2014. 411 p.

9. Огар П. М., Тарасов В. А., Межецкий В. И. Герм етичность затворов арматуры и сосудов высокого да вления // Проблемы механики современных машин: матер. V Междунар. конф. (г. Улан -Удэ, 25–30 июня 2012 г.). Улан -Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2012. С. 24–27. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26381319.

10. Nikolaeva E. P., Mashukov A. N. Evaluation of residual stresses in high-pressure valve seat surfacing // Chemical and Petroleum Engineering. 2017. Vol. 53. Iss. 7-8. P. 459–463. https://doi.org/10.1007/s10556-017-0363-1.

11. Serebrennikova A. G., Nikolaeva E. P, Savilov A. V., Timofeev S. A., Pyatykh A. S. Research results of stressstrain state of cutting tool when aviation materials turning // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 944. No. 1. Р. 012104. https://doi.org/10.1088/1742-6596/944/1/012104.

12. Gridin G. D. New in development of high-pressure angle shutoff valves // Chemical and Petroleum Engineering. 2012. Vol. 47. No. 9-10. Р. 683–686.

13. Vulykh N. V., Vulykh A. N. Computer Simulation of Microprofile Strain Under Orthogonal Impact at Constrained Load. Part 1 // Proceedings of the 6th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2020). Lecture Notes in Mechanical Engineering / eds. A. A. Radionov, V. R. Gasiyarov. Cham: Springer, 2021. https://doi.org/10.1007/978-3-030-54817-9_103.

14. Vulykh N. V. Centrifugal Rolling of Flexible Shafts for Achieving Best Possible Roughness of the Surface // Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2019). Lecture Notes in Mechanical Engineering / eds. A. Radionov, O. Kravchenko, V. Guzeev, Y. Rozhdestvenskiy. Cham: Springer, 2020. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22063-1_115.

15. Zaides S. A., Pham Van Anh. Improvement of calibrated steel quality by surface deformation. Part 1: Determination of the stress state of cylindrical parts during orbital surface deformation // Steel in Translation. 2020. Vol. 50. Р. 745–749. https://doi.org/10.3103/S0967091220110145.

16. Zaides S. A., Le Hong Quang. State of stress in cylindrical parts during transverse straightening // Russian Metallurgy (Metally). 2019. Vol. 2019. No. 13. Р. 1487–1491. https://doi.org/10.1134/S003602951913041X.

17. Кузьменко А. Г. Глобальный и локальный коэффициенты трения и объяснение их зависимости от давления // Проблемы трибологии. 2008. № 2. С. 69–88. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=19119568.

18. Вулых Н. В., Рыжиков И. Н., Пэй Цаоцао, Сайганов Т. М. Определение критического перемещения штампа при деформировании идеально жесткопластического микропрофиля при стесненных условиях нагружения // Жизненный цикл конструкционных материалов: матер. IX Всерос. науч. -техн. конф. с междунар. уч астием (г. Иркутск, 24–26 апреля 2019 г.). Иркутск: Изд во ИрНИТУ, 2019. С. 154–158.

19. Vulykh N. V. Microprofile model form changing research at axisymmetric deformation with account of scale factor // Proceedings of the 4th International Conference on Industrial Engineering. ICIE 2018. Lecture Notes in Mechanical Engineering / eds. A. Radionov, O. Kravchenko, V. Guzeev, Y. Rozhdestvenskiy. Cham: Springer, 2019. https://doi.org/10.1007/978-3-319-95630-5_121.

20. Самуль В. И. Основы теории упругости и пласти чности. М.: Изд-во «Высшая школа», 1970. 288 с.