The stress-strain state in a surface-hardened bar (beam) with a stress concentrator of the semicircular notch type is investigated. A numerical method for calculating the residual stresses in the notch region after an advanced surface plastic deformation is proposed. The problem is reduced to the boundary-value problem of fictitious thermoelasticity, where the initial (plastic) deformations of the model are simulated by temperature deformations in an inhomogeneous temperature field. The solution is constructed using 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. The effect of the notch radius and beam thickness on the nature and magnitude of the distribution of the residual stress tensor components in the region of the stress concentrator is studied. For the normal longitudinal component of the residual stress tensor, which plays an important role in the theory of high-cycle fatigue, it was found that if the radius of a semicircular notch is less than the thickness of the hardened layer (area of material compression), an increase (in modulus) of this component of residual stresses occurs in the smallest section of the part (in the volume immediately adjacent to the bottom of the concentrator). If the depth of the notch is greater than the thickness of the hardened layer, then a decrease (in magnitude) of this value is observed in comparison with a smooth hardened sample. It is shown that in a reinforced notched beam, the deflection value due to induced self-balanced residual stresses is less than in a smooth beam. Experimental verification of the developed numerical method is done for a surface-hardened smooth beam made of EP742 alloy.

No abstract

No abstract

No abstract

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.