Локальное упрочнение элементов тонкостенных конструкций способом местного нагрева

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Развит аналитический метод решения задачи о выборе областей распределения остаточных пластических деформаций, возникающих при локальном нагреве тонкостенных элементов конструкций в виде пластин, пологой сферической или цилиндрической оболочек, с целью наведения остаточных напряжений сжатия в областях предполагаемого разрушения, расположенных вне зоны нагрева. Показано, что граничные кривые областей размещения остаточных пластических деформаций описываются уравнением, полученным в результате решения соответствующей вариационной задачи, и являются изолиниями функций, определяющихся через фундаментальные решения соответствующих задач теории упругости.

2. С использованием предложенного метода определено семейство областей размещения остаточных пластических деформаций для тонких пластин, пологих цилиндрической и сферической оболочек, а также пластин с эллиптическим отверстием или разрезом.

3. Получены решения нестационарных задач термопластичности цри локальном нагреве тонкой пластины неподвижными и перемещающимися нормально-круговыми источниками тепла ограниченной длительности.

4. Составлен комплекс программ для ЭШ серии ЕС на языке Фортран и проведены численные исследования влияния параметров местного нагрева на уровень и характер распределения остаточных напряжений сжатия (в зонах предполагаемого разрушения) при нагреве нормально-круговыми источниками тепла, тонких пластин.

5. Экспериментально исследованы крупномасштабные сварные модели несущих элементов конструкций. Исследования включали локальный нагрев моделей с использованием расчетных параметров и проведение усталостных испытаний. Установлено, что циклическая долговечность моделей увеличивается после местного нагрева в 1,5−2 раза по сравнению с долговечностью исходных моделей. б. Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

— основными параметрами, которые необходимо учитывать и контролировать в процессе местного уцрочняющего нагрева, являются: максимальная температура (в центрах областей нагрева) — длительность нагреваконцентрация нагреварасстояние между центрами областей нагрева, между центром области нагрева и центром области предполагаемого разрушения, время запаздывания включения нагрева по второй круговой области ;

— при осесимметричном нагреве бесконечной пластины максимально возможный уровень остаточных напряжений сжатия не превышает 0,59 предела текучести заданного материаладля достижения напряжений такой величины рассмотренные в работе низколепфованные стальные пластины достаточно нагревать до температур 400−500°С ;

— незначительное смещение центров областей нагрева от оптимального расположения (на 3−5 мм) и отклонение от оптимальной температуры (не более чем на 50°С) несущественно изменяют максимальные сжимающие остаточные напряжения при одновременном нагреве по двум круговым областям в диапазоне температур 400−500°С;

— неодновременный нагрев по двум круговым областям, при прочих равных параметрах, приводит к большим по величине сжимающим остаточным напряжениям, чем одновременный ;

— для наведения остаточных напряжений сжатия в областях протяженной формы эффективным является охлаждение в предварительно нагретой пластине полосообразного участка стоками тепла, интенсивность которых описывается законом нормального расцределения.

1. Аннин Б. Д., Черепанов Г. П. Упруго-пластическая задача. -Новосибирск: Наука, 1983. — 240 с.

2. Бабаев A.B. Основные факторы, изменяющие выносливость сварных соединений с технологическими дефектами. В кн.: Прочность сварных конструкций и точность их изготовления. Тезисы докладов Всесоюзной межвузовской конференции, М., МВТУ, 1973, с. 44−46.

3. Бакши O.A., Клыков H.A., Романов Е. С. 0 совместном влиянии концентрации напряжений, свойств металла околошовной зоны и остаточных напряжений на усталостную прочность образцов при плоском напряженном состоянии. Автомат, сварка, 197I, 7, с. 38−42.

4. Бакши O.A., Клыков H.A. Исследование температурных полей и остаточных напряжений при дуговой заварке отверстия в плоском стальном листе. Автомат, сварка, 1962, № 7, с. 31−35.

5. Бакши O.A. Деформация и напряжения при местном сосредоточенном нагреве стального листа. Автогенное дело, 1953, № 2, с. 1−6.

6. Баранов И. В., Минков Я. Л., Вавилов E.H. Применение наклепа сварных швов и околошовных зон для увеличения усталостной прочности сварных рам подвижного состава. Труды МИИТ. Вып. 329. М.: Транспорт, 1970, с. 94−105.

7. Безухов Н. И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. -М.: Высш. школа, 1961. 537 с.

8. Бенерджи П., Баттерфилд Р. Методы граничных элементов в прикладных науках. М.: Мир, 1984. — 494 с.

9. Биргер И. А. Методы дополнительных деформаций в задачах теории пластичности. Изв. АН СССР. Механика и машиностроение, 1963, № I, с. 47−56.

10. Биргер И. А., Шорр Б. Ф., Демьяненко И. В. и др. Термопрочность деталей машин. М.: Машиностроение, 1975. — 456 с.

11. Боли Б., Уэйнер Дне. Теория температурных напряжений. М.: Мир, 1964. — 517 с.

12. Бухтияров А. М., Маликова Ю. П., Фролов Г. Д. Практикум программирования на ФОРТРАНЕ (ОС ЕС ЭВМ). -М.: Наука, 1983. -304 с.

13. Вакуленко A.A. Исследования по упругости и пластичности. -Л.: Изд-во ЛГУ, сб. 2, 1963, 345 с.

14. Вейбул В. Усталостные испытания и анализ их результатов. -М.: Машиностроение, 1964. 275 с.

15. Вейнер Дж., Ландау Г. Температурные напряжения в упруго-пластических телах. В кн.: Пластичность и термопластичность. -М.: ИЛ, 1962, с. 70−94.

16. Винокуров В. А. Сварочные деформации и напряжения. М.: Машиностроение, 1968. — 236 с.

17. Винокуров В. А., Мельников В. А. Определение перемещений деталей при электрошлаковой сварке путем решения задач неизотермической теории течения методом конечных элементов. -Автоматическая сварка, 1982, № 7, с. 19−21.

18. Владимиров B.C. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1967. — 436 с.

19. Власов В. З. Избранные труды, т. IМ.: Изд-во АН СССР, 1962. 528 с.

20. Вольмир С. А. Устойчивость деформируемых систем. -М.: Наука, 1967. 984 с.

21. Ворович И. И., Красовский Ю. П. 0 методе упругих решений. -Докл. АН СССР, 1959, 126, № 4, с. 740−743.

22. Гельфанд И.M., Шилов Г. Е. Обобщенные функции и действия над ними. М.: Физматгиз, 1959, — 470 с.

23. Гельфанд И. М., Фомин C.B. Вариационное исчисление. М.: Физматгиз, 1961. — 228 с.

24. Гликман Л. А., Гуревич Б. Г. К вопросу о причине повышения усталостной прочности при поверхностном пластическом деформировании титанового, сплава. Вкн.: Некоторые вопросы прочности металлов. — M. — 1975, с. 24−32.

25. Гохфельд Д. А., Садаков О. С. Пластичность и ползучесть элементов конструкций при повторных нагружениях. М.: Машиностроение, 1984. — 256 с.

26. Гузь А. Н., Махорт Ф. Г., Гуща О. Й.

Введение

в акустоупру-гость. Киев: Наук, думка, 1977. — 152 с.

27. Джонсон У., Меллор П. Б. Теория пластичности для инженеров. М.: Машиностроение, 1979. — 567 с.

28. Евграфов Г. К., Осипов В. О. Об использовании остаточных напряжений для повышения усталостной прочности сварных конструкций, Сварочное производство, I960, № 10, с. 7-Ю.

29. Евграфов Г. К., Осипов В. О. Усталостная прочность сварных, соединений эксплуатируемых железнодорожных мостов. Сварочное производство, 1965, № 8, с. 6−8.

30. Иванова B.C., Терентьев В. Ф. Природа усталости металлов. -М.: Металлургия, 1975. 456 с.

31. Ивлев Д. Д. Теория идеальной пластичности. М.: Наука, 1966. — 231 с.

32. Ильюшин A.A. Пластичность. -М.: Гостехиздат, 1948. 376 с.

33. Ильюшин A.A. Пластичность. Основы общей математической теории. М.: Изд-во АН СССР, 1963. — 272 с.

34. Ионов В. Н., Огибалов П. М. Прочность пространственных элементов конструкций. -М.: Высшая школа, 1972. 752 с.

35. Кишкина С. И., Анисимова Н. В., Рублев Я. А. Поверхностное упрочнение и малоцикловая усталость высокопрочных материалов. В кн.: Повышение эксплуатационных свойств деталей ППД. -М.: НДН, ТП., 1971, с. 102−108.

36. Клыков H.A. Использование сосредоточенного (точечного) нагрева для повышения усталостной прочности сварных соединений. Автомат, сварка, 1966, № 8, с. 33−37.

37. Клыков H.A. Расчет характеристик сопротивления усталости сварных соединений. -М.: Машиностроение, 1984. 160 с.

38. Коляно Ю. М., Бернар И. И. Температурные напряжения в пластине при двусторонней лазерной обработке. Проблемы прочности, 1983, № 5, с. 36−38.

39. Коваленко А. Д. Основы термоупругости. Киев: Наук, думка, 1970. — 307 с.

40. Коларов Д., Балтов А., Бончева Н. Механика пластических сред. -М.: Мир, 1979. 302 с.

41. Крайчик М. М. Усталостная прочность и упрочнение сварных соединений из малоуглеродистой и низколегированной сталей. Автомат, сварка, 1953, № 3, с. 24−36.

42. Кренер Е. Общая континуальная теория дислокаций и собственных напряжений. -М.: Мир, 1965. 103 с.

43. Кудрявцев И. В. Внутренние напряжения как резерв прочности в машиностроении. -М.: Машгиз, 1951. 278 с.

44. Кудрявцев И. В. 0 влиянии остаточных напряжений на усталостную прочность стали. В кн.: Повышение прочности элементов конструкций и деталей машин. Книга 91. ЦНШШАШ. — М.: Машгиз, 1959, с. 5−22.

45. Кудрявцев И. В., Саввина Н. М. Исследование усталостной прочности соединений, выполненных электрошлаковой сваркой на образцах большого сечения. Свароч. пр-во, 1956, № II, с. 1−6.

46. Кудрявцев И. В., Наумченков Н. Е. Усталость сварных конструкций. М.: Машиностроение, 1976. — 270 с.

47. Кудрявцев П. И. Остаточные сварочные напряжения и прочность соединений. -М.: Машиностроение, 1964. 96 с.

48. Кудрявцев П. И. Нераспространяющиеся усталостные трещины. -М.: Машиностроение, 1982. 171 с.

49. Кузьминов С. А. Сварочные деформации судовых корпусных конструкций. Л.: Судостроение, 1974. — 286 с.

50. Максимович В. Н., Чабаненко A.A., Пляцко Г. В. Об одном классе экстремальных температурных полей в пологих оболочках и их применение для упрочнения сварных конструкций.- В кн.: Математические методы в термомеханике. Киев: Наук, думка, 1978, с. 96−100.

51. Максимович В. Н. 0 решении уравнений термоупругости пологих оболочек. В кн.: Вопросы прикладной термомеханики. — Киев: Наук, думка, 1979, с. I34-I4I.

52. Максимович В. Н., Чабаненко A.A. Термопластическое состояние пластин при локальном нестационарном нагреве. ИФЖ, 1985, т. 48, № 2, с. 340−341.

53. Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести.-М.: Машиностроение, 1975. 400 с.

54. Мамулия Г. Е., Белянин В. А. Пути повышения долговечности отремонтированных сваркой рам конструкций сельскохозяйственных машин. Свароч. пр-во, 1968, № 10, с. 21−23.

55. Махненко В. И. Расчетные методы исследования кинетики сварочных напряжений и деформаций. Киев: Наук, думка, 1976. 320 с.

56. Махненко В. И. Влияние остаточных напряжений на распространение усталостных трещин в элементах сварных конструкций.- Автомат, сварка, 1979, № 4, с. 1−3.

57. Махненко В. И., Починок В. Е. Расчеты на прочность сварных соединений с конструктивными особенностями трещинообразно-го типа. Надежность и долговечность машин и сооружений, 1984, № I, с. 10−19.

58. Методы и приборы ультразвуковых исследований. М.: Мир, 1966. — 592 с.

59. Механическая усталость металлов: Материалы У1 Междунар. коллоквиума. Киев: Наук, думка, 1983. — 440 с.

60. Михайлов B.C. Основные технологии правки сварных конструкций. -Л.: Судостроение, 1983. 204 с.

61. Михальски Ф. Обзор современных способов выявления внутренних напряжений в деталях при помощи ультразвука. Чер. металлы, 1976, № 24, с. 31−34.

62. Михеев П. П., Труфяков В. И., Буште^т Ю. П. Применение импульсивной обработки для повышения выносливости сварных соединений. Автомат, сварка, 1967, № 10, с. 63−64.

63. Мороз Л. С. Механика и физика деформаций и разрушения материалов. -Л.: Машиностроение, 1984. 224 с.

64. Москвитин В. В. Циклические нагружения элементов конструкций. M.: Наука, 1981. — 344 с.

65. Мусхелишвили Н. И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. -М.: Наука, 1966. 708 с.

66. Мэнсон С. Температурные напряжения и малоцикловая усталость: Перев. с англ. -М.: Машиностроение, 1974. 344 с.

67. Наумченков Н. Е. Усталостная прочность балок, изготовленных сваркой в углекислом газе. Свароч. пр-во, 197I, № 4,с. 29−31.

68. Наумченков Н. Е. Поверхностный наклеп как средство повышения усталостной прочности сварных соединений. В кн.: Исследования по упрочнению деталей машин. — М.: Машиностроение, 1972, с. 131—151.

69. Наумченков Н. Е., Боград С. А. Повышение прочности и долговечности сварных крановых металлоконструкций поверхностно-пластическим деформированием. Вестник машиностроения, 1970, f I, с. 30−32.

70. Неразрушающий контроль материалов и элементов конструкций/ Гузь А. Н., Гарф М. Э., Малашенко C.B. и др. Киев: Наук, думка, 1981. — 276 с.

71. Николаев Г. А., Куркин С. А., Винокуров В. А. Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформаций конструкций. -М.: Высш. школа, 1982. 272 с.

72. Окерблом Н. О. Сварочные деформации и напряжения. Теория и ее применение. -М.- Л.: Машгиз, 1948. 252 с.

73. Панасюк В. В., Саврук М. П., Дацышин А. П. Распределение напряжений около трещин в пластинах и оболочках. Киев: Наук, думка, 1976. — 444 с.

74. Патон Б. Е. Перспективы развития сварки. В кн.: Современные проблемы сварки и специальной электрометаллургии.

75. Киев: Наук, думка, 1980, с. 5−25.

76. Патон Б. Е. Задачи дальнейшего совершенствования и развития сварочного производства. Свароч. пр-во, 1981, № I, с. 2−4.

77. Патон Б. Е., Труфяков В. И. 0 повышении несущей способности и долговечности сварных конструкций. Автомат, сварка, 1982, № 2, с. 1−6.

78. Писаренко Г. С., Можаровский Н. С. Уравнения и краевые задачи теории пластичности и позучести: Справ, пособие Киев: Наук, думка, 1981. — 493 с.

79. Пляцко Г. В., Максимович В. Н., Чабаненко A.A. Определение оптимальных зон нагрева при местном упрочнении элементов тонкостенных конструкций. е|кн.: Обобщенные функции в термоупругости. — Киев: Наук, думка, 1980, с. 54−58.

80. Подстригач Я. С., Коляно Ю. М. Неустановившиеся температурные поля и напряжения в тонких пластинах. Киев: Наук, думка, 1972. — 308 с.

81. Подстригач Я. С., Швец Р. Н. Термоупругость тонких оболочек. Киев: Наук, думка, 1978. — 344 с.

82. Прагер В., Ходж Ф. Г. Теория идеально пластических тел. -М.: ИЛ, 1965. 398 с.

83. Пространственная задача термопластичности Шевченко Ю. Н., Бабешко М. Е., Пискун В. В., Савченко В. Г. Киев: Наук, думка, 1980. — 264 с.

84. Пухнер 0. Влияние собственных напряжений, возбужденных в материале, на предел усталости. Чехословацкая тяжелая промышленность, 1961, № I, с. 4−1I.

85. Работнов Ю. М. Механика деформируемого твердого тела. -М.: Наука, 1979. 744 с.

86. Сварка в машиностроении: Справочник. -М.: Машиностроение, 1978. Т. I. — 504 с.

87. Сварка в машиностроении: Справочник. -М.: Машиностроение, 1979. Т. 3. — 568 с.

88. Справочник по специальным функциям: Перев. с англ. М.: Наука, 1979. — 832 с.

89. Темис Ю. М. Методы последовательных нагружений с коррекцией погрешности в геометрически нелинейных упругих задачах. -В кн.: Прикладные проблемы прочности и пластичности. Всесоюзный межвузовской сборник. Горький, 1980, вып. 16, с. 3−10.

90. Термопластическое состояние сварных пластин при упрочнении локальным нагревом /пляцко Г. В., Максимович В. Н., Чабанен-ко A.A., Михеев П. П. В кн.: Тез. докл. I Всесоюзной конференции: Механика неоднородных структур. — Киев: Наук, думка, 1983, с. 176.

91. Тимошенко С. П., Гудьер Дж. Теория упругости: Перев с англ.- М.: Наука. 1978. 560 с.

92. Тихонов А. Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики. -М.: Наука, 1972. 735 с.

93. Трифонов А. П., Пасхин E.H. Практикум работы на ЭВМ. М.: Наука, 1982. — 288 с.

94. Трощенко В. Г. Усталость и неупругость металлов. Киев: Наук, думка, 197I. — 267 с.

95. Труфяков В. И. Повышение несущей способности сварных металлоконструкций, сооружений и машин. В кн.: Сварка и специальная электрометаллургия. Сб. науч. тр., посвящ. 50-летию Ин-та электросварки им. Е. О. Патона. — Киев: Наук, думка, 1984, с. 61−75.

96. Труфяков В. И. Усталость сварных соединений. Киев: Наук, думка, 1973. — 216 с.

97. Труфяков В. И. О роли остаточных напряжений в понижении выносливости сварных соединений. Автомат, сварка, 1956, № 5, с. 90−103.

98. Труфяков В. И., Михеев П. П. Способы повышения выносливости сварных соединений. Автомат, сварка, 1964, № II, с. 2836.

99. Уфлянд Я. С. Интегральные преобразования в задачах теории упругости. Л.: Наука, 1967. — 402 с.

100. Физические свойства сталей и сплавов, применяемых в энергетике. Справочник. М. -Л.: Энергия, 1967. — 324 с.

101. Фикнель В. М. Физические основы торможения разрушения. -М.: Металлургия, 1977. 360 с.

102. Фихтенгольц Г. М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. -М.: Наука, 1970. Т. I. — 608 с.

103. Фортран ЕС ЭВМ /Брич З.С., Капилевич Д. В., Котик С. Ю., Цагельский В. И. М.: Статистика, 1978. — 264 с.

104. Хилл Р. Математическая теория пластичности. -М.: Гостех-издат, 1956. 407 с.

105. Хрупкие разрушения сварных конструкций/Холл У.Дж., Киха-ра X., Зут В., Уэллс A.A. -М.: Машиностроение, 1974. 320 с.

106. Чабаненко A.A. Местное упрочнение элементов тонкостенных конструкций способом локального нагрева: В кн.: Материалы 7-й конф. молод, ученых Ин-та прикл. пробл. мех. и мат. АН УССР, Львов, 1981, с. 195−200. (Рукопись деп. в.

107. ВИНИТИ 26 марта 1981 г., № 1379−81 Деп.).

108. Чертанов Г. П., Кочаров Р. С., Соткилава О. В. Об одном трещиновидном дефекте в упругой плоскости. Прикладная механика, 1977, 13, № 2, с. 48−55.

109. ИЗ. Шевченко Ю. Н. Термопластичность при переменных нагружени-ях. Киев: Наук, думка, 1970. — 288 с.

110. Школьник Л. М. Скорость роста трещин и живучесть металла.-М.: Металлургия, 1973. 216 с.

111. Pujimoto Tsugio. Fundamental Theory of Elasto-plastic.

112. Thermal Stresses due to Welding Based on the Inherent Stram Method. Есэцу гаккайси • - J.Jap. Weld. Soc., 1976, 45, N 1, p. 14−21.

113. Gtrrney T.R. Fatigue strength of fillet welded joints in steel. British Welding Journal, 1960, vol. 7, No. 3, p. 178−187.

114. Gurney T.R., Nekanda Trepka L. Influence of local heating on fatigue behaviour of welded specimens. British Welding Journal, 1959, No. 6, p. 491−497.

115. Gurney T.R. Fatigue of welded structures. London, Cambridge at the University Press, 1968, 294 p.

116. Harrison J.D. Further teehnigues for improving the fatigue strength of welded joints. British Weiding Journal, 1966, vol. 13, No. 11, p. 642−648.

117. Masubuchi Koichi Analysis of welded structures: residual stresses, distortion, and their conseguences. Oxford c.a., Pergamon Press, 1980, xii. — 642 p.

118. Puchner 0. Schwellfestigkeit geschwei ter Knotenblechanschlfi-sse und ihre Erhohung durch ortliche Glfthung. Schweitechnik, 1956, N 4, p. 109−114. 158.

119. Rolfe S.T., Hall W.J., Newmark N.M. British Welding Journal, 1959, vol. 38, N 4, p. 169−175.

120. Serensen S.V., Trufiakov V. I, t Bahaev A.V. The influence of welding defects on a fatigue resistance of joints considering residual stressing. International Institute of Welding, Document No. XIII-552−69.