Влияние размеров области поверхностного упрочнения на напряженно-деформированное состояние балки с надрезом полукруглого профиля - Радченко, Владимир Павлович; Radchenko, Vladimir Pavlovich; Шишкин, Дмитрий Михайлович; Shishkin, Dmitry Mikhailovich (Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo tehničeskogo universiteta. Seriâ Fiziko-matematičeskie nauki, 2020)
Исследуется влияние размеров области поверхностного пластического упрочнения на напряженно-деформированное состояние балки с надрезом полукруглого профиля. Задача сведена к краевой задаче фиктивной термоупругости, при этом начальные (пластические) деформации моделируются температурными анизотропными деформациями в неоднородном температурном поле. Решение реализовано на основе метода конечных элементов. Для модельных расчетов в качестве исходной информации использовались экспериментальные данные о распределении остаточных напряжений в гладкой балке из сплава ЭП742 после ультразвукового механического упрочнения. Выполнен вариативный численный анализ влияния радиуса надреза и величины зоны упрочнения грани балки на распределение компонент тензора остаточных напряжений в наименьшем сечении от дна концентратора. Показано, что при величине зоны упрочнения более 16-20 % от площади всей грани напряженно-деформированное состояние в наименьшем сечении практически стабилизируется. Установлено, что если радиус полукруглого надреза меньше толщины упрочненного слоя (области сжатия материала), то происходит увеличение (по модулю) нормальной продольной компоненты тензора остаточных напряжений, а если радиус надреза больше толщины упрочненного слоя, то наблюдается уменьшение (по модулю) этой величины по сравнению с аналогичной компонентой для гладкой упрочненной балки для всех величин зоны упрочнения более 16-20 % от площади всей грани балки. Выполнена экспериментальная проверка разработанного численного метода на основе метода конечных элементов для балки с полностью упрочненной гранью. The influence of a size of the surface-plastic hardening region on the stress-strain state of a beam with a notch of a semicircular profile is investigated. The problem is reduced to a boundary value problem of fictitious thermoelasticity with the initial (plastic) deformations modeled by temperature anisrotropic deformations in an inhomogeneous temperature field. The solution is based on the finite element method. For model calculations, experimental data on the distribution of residual stresses in a smooth beam made of EP742 alloy after ultrasonic mechanical hardening were used as initial information. A variative numerical analysis of the effect of the notch radius and the size of the hardening zone of the beam face on the distribution of the components of the residual stress tensor in the smallest section from the bottom of the concentrator is carried out. It is shown that when the hardening zone is more than 16-20 % of the entire face area, the stress-strain state in the smallest section is practically stabilized. It was established that if the radius of the semicircular notch is less than the thickness of the hardened layer (the material compression area), an increase (in modulus) of the normal longitudinal component of the residual stress tensor occurs, and if the radius of the notch is greater than the thickness of the hardened layer, then a decrease (in modulus) of this value is observed in comparison with a similar component for a smooth reinforced beam for all values of the hardening zone more than 16-20 % of the entire face area of the beam. An experimental verification of the developed numerical method based on the finite element method for a beam with a fully hardened face is performed.