Влияние секториального радиуса деформирующего инструмента на напряженно-деформированное состояние в зоне контакта с цилиндрической поверхностью

Целью данной работы является определение влияния секториального радиуса рабочего инструмента на напряженно-деформированное состояние в очаге упругопластической дефлорации и остаточных напряжений в упрочненной зоне поверхностного слоя цилиндрических деталей. Для достижения поставленной цели использован метод конечных элементов на основе компьютерной программы ANSYS для построения математической модели локального нагружения, позволяющей определить значения временных, остаточных напряжений и деформаций в зависимости от секториального радиуса рабочего инструмента. Представлены результаты моделирования и определения влияния секториального радиуса рабочего инструмента на напряженнодеформированное состояние поверхностного слоя, включая определение временных и остаточных напряжений, глубины пластической зоны. Полученные результаты компьютерного моделирования подтверждают, что при одинаковых условиях нагружения на цилиндрическую поверхность рабочий инструмент с разными секториальными радиусами создает разные значения максимальных временных и остаточных напряжений. При этом в случае воздействия на цилиндрическую заготовку рабочего инструмента с плоской поверхностью формируются минимальные значения временных остаточных напряжений по сравнению с результатами, полученными при упрочнении криволинейным рабочим инструментом. С уменьшением радиуса рабочего сектора увеличиваются значения временных остаточных напряжений в пределах от 2 до 7%. Глубина пластической зоны при изменении секториального радиуса рабочего инструмента находится в интервале 1,65–2,55 мм.

1. Одинцов Л. Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1987. 328 с.

2. Зайдес С. А., Забродин В. А., Мураткин В. Г. Поверхностное пластическое деформирование. Иркутск: Изд-во ИГТУ, 2002. 304 с.

3. Суслов А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 2000. 320 с.

4. Блюменштейн В. Ю., Смелянский В. М. Механика технологического наследования на стадиях обработки и эксплуатации деталей машин. М.: Машиностроение, 2007. 399 с.

5. Пат. № 2657263, Российская Федерация, C1, МПК В24В 39/04. Способ поверхностного пластического деформирования / С. А. Зайдес, Ван Хинь Нгуен, Дак Фыонг Фам; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Иркутский национальный исследовательский технический университет». Заявл. 31.05.2017; опубл. 09.06.2018.

6. Бубнов А. С. Технологические возможности процесса правки маложестких цилиндрических деталей стесненным сжатием // Вестник ИрГТУ. 2006. № 4. С. 68–75.

7. Rayhan S. B., Rahman M. M. Modeling elastic properties of unidirectional composite materials using Ansys Material Designer // Procedia Structural Integrity. 2020. Vol. 28. P. 1892–1900. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2020.11.012.

8. Ablieieva I., Plyatsuk L., Roi I., Chekh O., Gabbassova S., Zaitseva K., et al. Study of the oil geopermeation pat-terns: A case study of ANSYS CFX software application for computer modeling // Journal of Environmental Man-agement. 2021. Vol. 287. Р. 112347. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112347.

9. Букатый А. С. Повышение точности изготовления ответственных деталей двигателей средствами статического и динамического моделирования // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2017. Т. 16. № 6. С. 374–377.

10. Иванова Л. Н. Деформация валов и опор цилиндрических редукторов как фактор влияния на нагрузочную способность передачи // Вестник машиностроения. 2002. № 11. С. 17–22.

11. Wu Izhan, Liu Huaiju, Wei Peitang, Lin Qinjie, Zhou Shuangshuang. Effect of shot peening coverage on residual stress and surface roughness of 18CrNiMo7-6 steel // International Journal of Mechanical Sciences. 2020. Vol. 183. Р. 105785. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2020.105785.

12. Li Shen, Kim Do Kyun, Benson S. The influence of residual stress on the ultimate strength of longitudinally compressed stiffened panels // Ocean Engineering. 2021. Vol. 231. Р. 108839. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2021.108839.

13. Поляк М. С. Технология упрочнения. В 2 т., т. 2. М.: Машиностроение, 1995. 688 с.

14. Зайдес С. А., Нго Као Кыонг. Оценка напряженного состояния при стесненных условиях локального нагружения // Упрочняющие технологии и покрытия. 2016. № 10. С. 6–9.

15. Wildemann V. E., Lomakin E. V., Tretyakov M. P. Postcritical deformation of steels in plane stress state // Mechanics of Solids. 2014. Vol. 49. Iss. 1. P. 18–26. https://doi.org/10.3103/S0025654414010038.

16. Смелянский В. М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 2002. 300 с.

17. Syrigou M., Dow R. S. Strength of steel and aluminium alloy ship plating under combined shear and compres-sion/tension // Engineering Structures. 2018. Vol. 166. P. 128–141.

18. Попов М. Е., Асланян И. Р., Бубнов А. С., Емельянов В. Н. [и др.]. Обработка деталей поверхностным пла-стическим деформированием: монография / под ред. С. А. Зайдеса. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2014. 560 с.

19. Zhou Changping, Jiang Fengchun, Xu De, Guo Chunhuan, Zhao Chengzhi, Wang Zhenqiang, et al. A calculation model to predict the impact stress field and depth of plastic deformation zone of additive manufactured parts in the process of ultrasonic impact treatment // Journal of Materials Processing Technology. 2020. Vol. 280. Р. 116599. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2020.116599.

20. Ma Chi, Suslov S., Ye Chang, Dong Yalin. Improving plasticity of metallic glass by electropulsing-assisted surface severe plastic deformation // Materials & Design. 2019. Vol. 165. Р. 107581. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.107581.

21. Вулых Н. В., Щадов И. И. Анализ упругого напряженно-деформированного состояния моделируемых микронеровностей упрочняемых поверхностей // Жизненный цикл конструкционных материалов: матер. IV Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием. Иркутск: Изд-во ИГТУ, 2014. С. 290–297.