Содержание
Введение ........................................................... 2
Глава 1. Аналитический обзор и постановка задач исследования ............................................................. 8
1.1. Основные сведения о формировании остаточных напряжений
при различных технологиях упрочнения........................13
1.2. Методы оценки остаточных напряжений после процедуры упрочнения ......................................................... 16
1.3. Методы оценки кинетики остаточных напряжений при высокотемпературной ползучести.........................................20
1.4. Математические модели для описания виброползучести материалов ..........................................................24
1.5. Оценка напряжённо-деформированного состояния
в упрочнённых концентраторах напряжений.....................32
Глава 2. Энергетический вариант модели ползучести
и виброползучести. Критерий длительной прочности .... 39
2.1. Постановка задачи .........................................39
2.2. Энергетический вариант одноосной модели стационарной ползучести и методика идентификации её параметров...................42
2.3. Обобщение энергетического варианта модели стационарной ползучести на сложное напряжённое состояние.........................58
2.4. Энергетический вариант одноосной модели виброползучести и
методика идентификации её параметров........................60
2.5. Обобщение энергетического варианта модели виброползучести
на сложное напряжённое состояние............................72
Ь
2.6. Выводы по главе 2
74
Глава 3. Метод расчёта релаксации остаточных напряжений в упрочнённом цилиндрическом образце в условиях виброползучести .............................................................75
3.1. Постановка задачи............................................75
3.2. Особенности деформирования образцов при совместном действии статических и циклических нагрузок ..........................77
3.3. Восстановление остаточных напряжений с учётом технологии
их наведения .................................................80
3.4. Расчёт релаксации остаточных напряжений
на поверхности цилиндрического образца..................................................86
3.5. Выводы по главе 3...........................................112
Глава 4. Метод расчёта релаксации остаточных напряжений в поверхностно упрочнённом слое концентратора плиты в условиях виброползучести...........................................113
4.1. Постановка задачи ..........................................113
4.2. Конечно-элементная модель и основные расчётные формулы . 114
4.3. Анализ адекватности расчётной конечно-элементной модели виброползучести ..................................................126
4.4. Восстановление остаточных напряжений в круговом концен-
траторе плиты после процедуры упрочнения с учётом технологии их наведения...........................................131
4.5. Расчёт релаксации остаточных напряжений
в поверхностно-упрочненном слое концентратора плиты в условиях виброползучести ........................................137
3
4.6. Расчёт релаксации остаточных напряжений
в поверхностно упрочнённом слое концентратора плиты конечных размеров в условиях виброползучести....................141
4.7. Расчёт релаксации остаточных напряжений
в поверхностно упрочнённом слое отверстия диска газотурбинного двигателя ............................................173
4.8. Выводы по главе 4.........................................179
Глава 5. Разработка комплекса программ для численного решения модельных задач восстановления и релаксации остаточных напряжений..................................................181
5.1. Постановка задачи ........................................181
5.2. Описание комплекса программ ........................182
5.3. Выводы по главе 5.........................................190
Заключение.........................................................191
Литература.........................................................193
Приложение А. Копии актов внедрения результатов научного исследования....................................................215
V
Введение
Актуальность работы. Состояние современного машиностроения ставит перед теоретической наукой в качестве одной из главных задач проблему увеличения ресурса при одновременном форсировании режимов работы установок и снижении их материалоёмкости, что автоматически приводит к увеличению рабочих напряжений, появлению нсупругих реологических деформаций, ускорению процессов рассеянного накопления повреждённости.
Реальные условия работы деталей машин сопровождаются вибрационным фоном (вибронагрузкой), который в расчетах часто не учитывается, хотя (по известным литературным данным) существенно влияет на накопление деформаций ползучести, а, следовательно, и на долговечность конструкции. Именно в таких условиях работают многие промышленные объекты, такие, как диски и лопатки двигателей летательных аппаратов, нефтс- и продук-топроводы в нефтехимической промышленности (из-за пульсации давления), элементы автотранспортной техники (из-за вибрации) и многие другие промышленные установки.
Одним из способов повышения долговечности многих изделий без увеличения их материалоёмкости является наведение остаточных напряжений с помощью процедуры поверхностного пластического деформирования. Однако в процессе эксплуатации при высоких температурах вследствие ползучести происходит их релаксация (уменьшение сжимающих остаточных напряжений по модулю) на фоне реологического деформирования самой конструкции.
Вопросы релаксации наведённых остаточных напряжений в условиях даже квазистациоиарной ползучести мало изучены, причём существующие методики решения краевых задач относятся, в основном, к деталям с «гладкой» поверхностью, без концентраторов напряжений. Методики, позволяющие описать релаксацию остаточных напряжений в деталях с концентраторами на-
пряжений, при комбинированном действии статических и циклических нагрузок в условиях высокотемпературной ползучести, практически отсутствуют. Поэтому актуальность разработки реологических моделей и методов решения краевых задач механики упрочнённых конструкций в условиях циклической ползучести (виброползучести) не вызывает сомнений.
Целью диссертационной работы является разработка численно-аналитических и численных методов расчёта релаксации остаточных напряжений в упрочнённых элементах конструкций с концентраторами напряжений в условиях квазистационарной и циклической ползучести и исследование на их основе влияния амплитудного значения циклической компоненты нагрузки на интенсивность процесса релаксации остаточных напряжений.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1) разработан и реализован метод оценки релаксации остаточных напряжений в упрочнённом цилиндрическом образце в условиях ползучести при комбинированном действии статических и циклических (вибрационных) нагрузок на основе декомпозиции образца на тонкий упрочнённый слой и «тело» цилиндра с последующей склейкой решений двух краевых задач;
2) разработан и реализован метод оценки релаксации остаточных напряжений в поверхностно упрочнённом слое концентраторов напряжений плит и круговом концентраторе диска газотурбинного двигателя (ГТД) в условиях ползучести при комбинированном действии статических и циклических (вибрационных) нагрузок;
3) выполнен анализ влияния вибронагрузок на процесс релаксации остаточных напряжений в упрочнённых цилиндрических образцах, концентраторах напряжений плит, круговом концентраторе диска ГТД в широком диапазоне статических и циклических нагрузок; показано, что происходит ускорение процесса релаксации остаточных напряжений во всех рас-
смотренных элементах конструкций при наложении на квазистатическую нагрузку циклической компоненты;
4) разработана уточнённая методика идентификации параметров модели ползучести (виброползучести) и длительной прочности энергетического типа;
5) разработано новое математическое и программное обеспечение для численной реализации разработанных методов решения краевых задач механики упрочненных элементов конструкций с концентраторами напряжений (цилиндрические изделия, плиты и диск ГТД) при комбинированном нагружении квазистатическими и циклическими нагрузками в условиях высокотем пературной ползу чести.
Практическая значимость работы в теоретическом плане заключается в разработке новых реологических моделей и методов расчёта релаксации остаточных напряжений в элементах конструкций с концентраторами напряжений в условиях ползучести (виброползучести). С прикладной (инженерной) точки зрения разработанные модели и методы, во-первых, позволяют решить ряд важных прикладных задач для упрочнённых цилиндрических деталей, диска ГТД и плит с концентраторами напряжений, а, во-вторых, могут служить основой для разработки методов оценки надёжности по параметрическим критериям отказа (по величине остаточных напряжений) поверхностно упрочнённых элементов конструкций энергетического, машиностроительного и аэрокосмического промышленных комплексов в условиях высокотемпературной ползучести.
На защиту выносятся:
1) метод расчёта релаксации остаточных напряжений в упрочнённом слое цилиндрического образца в условиях ползучести при комбинированном действии квазистатических и циклических внешних воздействий, позво-
4
4
ляющий, в отличие от существующих методов, учитывать вибрационные нагрузки и анизотропию процесса упрочнения;
2) метод расчёта релаксации остаточных напряжений в поверхностно упрочнённом слое концентраторов плит и диска ГТД при комбинированном действии статических и циклических (вибрационных) нагрузок в условиях высокотемпературной ползучести;
3) методика идентификации параметров модели ползучести (виброползучести) и длительной прочности энергетического типа;
4) математическое и программное обеспечение для численной реализации разработанных методов решения краевых задач механики упрочнённых конструкций в условиях высокотемпературной ползучести при действии вибрационных нагрузок;
5) результаты новых теоретических исследований влияния циклической компоненты на процесс релаксации остаточных напряжений в упрочнённых элементах конструкций с концентраторами напряжений в условиях вибро-ползучести.
Обоснованность выносимых на защиту научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается адекватностью модельных математических представлений реальному физико-механическому поведению материала в упрочнённом слое при высоких температурах; корректностью использования математического аппарата, законов механики деформируемого твёрдого тела; сравнением численных решений рассматриваемых краевых задач с известными результатами в частных случаях; апробированностью используемых численных методов; частичной экспериментальной проверкой используемых гипотез и результатов решений задач.
Апробация работы. Результаты научных исследования опубликованы в 12 печатных работах и докладывались на конференциях различного уровня: на научных конференциях по естественнонаучным и техническим дисциплинам с международным участием «Научному прогрессу — творчество молодых» (г. Йошкар-Ола, 2008, 2010 гг.), на V Всероссийской конференции «Механика микронеоднородных материалов и разрушение» (г. Екатеринбург, 2008 г.), на Пятой и Седьмой Всероссийских научных конференциях с международным участием «Математическое моделирование и краевые задачи» (г. Самара, 2008, 2010 гг.), на международной научно-технической конференции «Прочность материалов и элементов конструкций» (г. Киев, 2010 г.), на международной научной конференции «Актуальные проблемы механики, математики, информатики» (г. Пермь, 2010 г.), на международной научной конференции «Современные проблемы математики и её прикладные аспек-ты» (г. Пермь, 2010 г.), на международной научно-технической конференции «Динамика и виброакустика машин» (г. Самара, 2012 г.), на научных семинарах «Механика и прикладная математика» Самарского государственного технического университета (руководитель —В.П. Радченко, 2010, 2011, 2012 гг.)
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 13 печатных работах, из них 4 статьи в рецензируемых журналах из перечня ВАК, 2 статьи в сборниках трудов конференций и 7 тезисов докладов.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка источников из 165 наименований. Работа содержит 213 страниц основного текста.
Личный вклад автора. Содержание диссертации и основные положения, выносимые па защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Работы [39—42] выполнены самостоятельно, в основных работах [43, 45, 46, 74] диссертанту принадлежит совместная постановка задач и ему лично принадлежат разработка численных методов решения, получение
решений, алгоритмизация методов в виде программного комплекса, анализ результатов. В остальных работах [44. 127| опубликованных в соавторстве, автору диссертации в равной мере принадлежат постановки задач, разработка численных методов решения краевых задач и анализ разработанных методов.
Благодарности. Автор выражает благодарность научному руководителю доценту, кандидату физико-математических наук М.Н. Саушкину за постановки задач и поддержку работы, а также доктору физико-математических наук В. П. Радченко за консультации и постоянное внимание к работе.
7
Глава 1
Аналитический обзор и постановка задач исследования
Современные потребности ведущих отраслей промышленности ставят перед прикладной наукой задачу увеличения срока службы деталей и элементов конструкций (в том числе, содержащих концентраторы напряжений различной формы галтельные переходы, отверстия, надрезы и т.д.) при одновременном форсировании режимов работы установок и снижении их материалоемкости. Последнее приводит к увеличению рабочих напряжений, появлению неупругой деформации и интенсификации процесса накопления микроиовре-жденносгей, что приводит к необходимости разработки все более точных методов оценки предельного ресурса.
Одна из наиболее распространённых причин разрушения материала — зарождение и развитие усталостных трещин в приповерхностном слое. При этом, многие эксплуатационные свойства элементов конструкций энергетического, машиностроительного и аэрокосмического комплексов (износостойкость, прочность, сопротивление усталости) в значительной степени зависят от качества поверхностного слоя. В свою очередь, на качество поверхностного слоя, в том числе, на наличие и знак образовавшихся в нём остаточных напряжений, оказывает влияние технология изготовления изделия, в частности, большое влияние на него оказывает механическая обработка и термообработ-. ка.
Сжимающие остаточные напряжения в поверхностном слое препятствуют выходу на поверхность различного рода дислокаций и вакансий, что приводит, например, к повышению предела сопротивления усталости изделий [1, 7, 82, 85, 103, 105. и другие]. Поэтому в настоящее время большое внима-
8
ние уделяется планированию и совершенствованию технологий организации процесса поверхностного пластического деформирования с целью получения материала с наиболее приемлемым для дальнейшей эксплуатации предельным ресурсом (краткий обзор существующих технологий приведен в пункте
1.1 настоящей диссертационной работы).
Поскольку начальное напряжённо - деформированное состояние является основной начальной информацией при решении, например, задачи устойчивости остаточных напряжений к высоким температурам и различного рода «рабочим» нагрузкам, то все более актуальным является развитие экспериментальных и аналитических методов, позволяющих восстановить полную картину напряжен но-деформированного состояния в поверхностном слое элементов конструкций непосредственно после процедуры наведения остаточных напряжений (краткий обзор работ в данном направлении приведен в пункте 1.2 настоящей диссертационной работы).
Наведённые сжимающие остаточные напряжения во многих случаях играют положительную роль при эксплуатации конструкции при нормальных температурах. Установлено, что их положительное влияние сказывается и при повышенных температурах. При нормальной температуре остаточные напряжения сохраняют свой уровень в течение длительного времени. Однако при повышенных температурах картина иная: с течением времени вследствие ползучести и различных термофлуктуационных процессов происходит релаксация остаточных напряжений (их уменьшение по модулю в области сжатия). Поэтому положительное влияние наведённых остаточных напряжений сжатия менее продолжительно при более высоких температурах.
Таким образом, на расчётные методики оценки предельного ресурса конструкции большое влияние оказывают условия её реальной эксплуатации. Экспериментально и аналитически установлено, что в процессе эксплуатации в условиях высоких температур возникает неупругая реологическая дефор-
мация —деформация ползучести, которая «негативно» влияет на остаточные напряжения, а именно, приводит к уменьшению (релаксации) сжимающих напряжений по модулю. При этом процесс релаксации остаточных напряжений происходят на фоне реологического деформирования самой конструкции. Актуальной задачей в этом случае является оценка времени «благоприятного» действия остаточных напряжении. Краткий обзор работ в данном направлении приведен в пункте 1.3 настоящей диссертационной работы.
Реальные условия работы деталей машин сопровождаются вибрационным фоном (вибронагрузкой). Существующие методики оценки предельного ресурса зачастую не учитывают этот факт, несмотря на то, что по известным литературным данным виброиагрузка существенно влияет на скорость накопления деформаций ползучести и на долговечность конструкции, что, в свою очередь, имеет очевидное влияние на кинетику остаточных напряжений в условиях высокотемпературной ползучести. Таким образом, проблема учёта в прогнозировании долговечности упрочнённых элементов конструкций вибронагрузки, наложенной на статическую нагрузку, в условиях повышенных температур имеет определённый научный и практический интерес (краткий обзор работ в данном направлении приведен в пункте 1.4 настоящей диссертационной работы).
Моделирование процесса релаксации остаточных напряжений в условиях к вази стати ческой нагрузки включает в себя решение двух основных математических задач:
1) восстановление исходного (первоначачльного) пап ряжен но-деформ и ро-ванного состояния в поверхностном слое элемента конструкции, возникающего после процедуры поверхностного пластического деформирования;
2) решение краевой задачи ползучести для рассматриваемого элемента конструкции с заданными начальными нолями остаточных напряжений и пластических деформаций, определёнными из первой задачи.
10
Существующие на. сегодняшний день методы, позволяющие теоретически восстановить полную картину напряжённо-деформированного состояния в упрочнённом слое, носят расчетно-экспериментальный (феноменологический) характер и находятся в стадии интенсивного развития. Феноменологический метод восстановления полной картины напряженно-деформированного состояния в поверхностно упрочненном слое цилиндрического изделия, а также на поверхности концентратора напряжений плоских пластин и плит для случая изотропного упрочнения (технология наведения остаточных напряжений с помощью обработки микрошариками, гидродробеструйной обработки, азотирования и некоторых других) подробно описана в работах [117, 119). Обобщение данных методик на случай выполнения гипотезы анизотропии упрочнения (технологии наведения остаточных напряжений с помощью обкатки роликами, алмазного выглаживания и других) было выполнено (в том числе —при участии автора настоящей диссертационной работы) в [46, 128].
Вопросы оценки релаксации наведённых остаточных напряжений в упрочненных элементах конструкций в условиях стационарной ползучести также находятся в стадии разработки: имеется небольшое число работ в научной литературе в этом направлении, кроме того, в большей части работ рассматриваются остаточные напряжения в гладких деталях, не смотря на то, что наибольший практический интерес представляют остаточные напряжения в концентраторах (краткий обзор работ в данном направлении приведен в пункте 1.5 настоящей диссертационной работы).
Научные исследования по влиянию внешнего двухпараметрического нагружения с комбинированным нагружением квазистационарными и циклическими нагрузками на процесс релаксации остаточных напряжений в условиях ползучести в научной литературе отсутствуют.
Следует отметить, что в настоящее время нет четкой терминологии для
определения двухпараметрического нагружения в условиях комбинированного действия квазистатических и многоцикловых нагрузок при ползучести. Например, существуют такие словосочетания, как «ползучесть при усталости», «усталость при ползучести», «циклическая ползучесть», «виброползучесть». В настоящей работе принят термин «виброползучесть». Это предполагает, что частота вибрационной нагрузки не менее 10 Гц, а отношение амплитуды циклической составляющей нагрузки к статической не превышает0,2. Кроме того, область применения методик настоящей работы ограничена материалами, свойства которых при отсутствии внешних нагрузок не изменяются во времени (структурно-стабильные материалы).
Настоящая работа ставит своей целыо проведение комплекса научно-исследовательских работ по созданию и разработке новых математических методов расчёта релаксации остаточных напряжений в условиях внешнего двух параметр и чес ко го нагружения для типовых упрочнённых элементов конструкций (цилиндрические образцы, пластины и плиты), оценке влияния вибрационной компоненты на процесс релаксации; разработке нового программного обеспечения для численного решения указанных задач для типовых упрочнённых элементов конструкций с концентраторами напряжений.
Указанные задачи требуют для своего решения значительного развития известных методов механики упрочнённых конструкций, теории ползучести и сопротивления усталости и в силу этого обстоятельства представляют самостоятельный теоретический и прикладной интерес.
Однако, прежде чем перейти к решению поставленных задач, подробно рассмотрим состояние проблемы но обозначенным ранее частным сё задачам.
12
1.1. Основные сведения о формировании остаточных напряжений при различных технологиях упрочнения
Остаточные напряжения— это упругие напряжения, возникающие в поверхностном слое детали после её механической обработки или термообработки. Наиболее полно механизм наведения остаточных напряжений, методы выявления и определения их величины изложены в работе [7]. Различают остаточные напряжения первого (уравновешанные в макрообъемах тела), второго (уравновешанные в пределах размера зерен) и третьего рода (уравновешанные в пределах нескольких межатомных расстояний). В настоящей работе остаточные напряжения рассматриваются в рамках механики сплошной среды и в дальнейшем рассматриваются лишь остаточные напряжения первого рода.
Остаточные напряжения могут иметь различный знак: «+» (напряжения растяжения) или «—» (напряжения сжатия). Однако в соответствии с условием равновесия в объёме упрочнённой детали сумма проекций всех сил должна быть равна нулю. Как следствие, в детали всегда имеются области со сжимающими и растягивающими остаточными напряжениями.
Возникновение остаточных напряжений может быть следствием обработки изделия при изготовлении (литьё, ковка, штамповка, прокатка, механическая (или иная) обработка) |7, 37, 144] или может быть следствием применения различных целенаправленных методов технологического повышения усталостной прочности и других механических характеристик, направленных на изменение качественного состояния поверхностного слоя.
К методам технологического повышения усталостной прочности принято относить нижеследующие процедуры.
13
1°. Поверхностное пластическое деформирование [4, 18, 29, 68, 105, 108, 123, 145, 146, 153]. Глубина упрочненного слоя для данного вида упрочнения составляет 100 — 400 микрон [119].
2°. Термопластическое упрочнение [79, 80, 82]. Глубина упрочненного слоя может составлять величину до 1 мм и более |81, 82].
3°. Методы объёмного упрочнения поверхностных слоев, например, ползучестью в условиях существенного температурного градиента по объему детали. Глубина упрочненного слоя здесь может составлять до 10-20 % от характерного размера детали. В данном методе используется гот факт, что остаточные напряжения являются результатом неравномерных и несовместных неупругих деформаций различных слоев детали. Однако данные технологии трудно осуществить в техническом плане.
Наиболее распространённым методом наведения остаточных напряжений в приповерхностном слое элементов конструкций являются методы поверхностного пластического деформирования. Поверхностное пластическое деформирование является следствием обработки детачПей давлением (без снятия стружки), при которой пластически деформируется только поверхностный слой. Поверхностное пластическое деформирование осуществляется инструментом, деформирующие элементы (далее — ДЭ) которого (шарики, ролики или тела иной конфигурации) взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью по схемам качения, скольжения или внедрения.
Методы поверхностного пластического деформирования классифицируются на методы статического и динамического поверхностного деформирования. Технологии статического поверхностного деформирования (обкатывание и раскатывание, выглаживание, дорнование и другие) практически реализуются при помощи качения инструмента но поверхности деформируемого материала. В месте соприкосновения детали с ДЭ возникает локальная область пластических деформаций, которая «перемещается» вслед за ДЭ. Таким об-
14
разом, на всей обработанной поверхности возникают пластические деформации.
Технологии динамического поверхностного деформирования (чеканка, обработка дробью, ультразвуковая, центробежно-ударная обработка и другие) в условиях инженерной практики реализуются с помощью динамического (ударного) воздействия инструмента на поверхность детали. Инструмент под некоторым углом воздействует на упрочняющуюся поверхность, в зоне соприкосновения ДЭ с поверхностью возникают локальные зоны пластической деформации (зоны могут перекрываться). Таким образом, через некоторое время в условиях стохастического и многократного воздействия вся поверхность покрывается пластически деформированными областями.
Следует отметить, что во всех классических упрочняющих технологиях, технологические процессы изготовления детали и наведения остаточных напряжений выполняются раздельно в следующей последовательности: после процесса изготовления детали проводится её упрочнение. Однако в работах [22, 23, 120] приведен метод наведения остаточных напряжений на поверхности детали одновременно с механической обработкой резанием, используемой при её изготовлении. В этом случае, к резцу прикладывается двухфазная нагрузка: статическая и высокочастотные колебания с незначительной амплитудой колебания (до 5 мкм).
Для создания в поверхностных слоях остаточных напряжений с наперёд заданным распределением не всегда удаётся подобрать метод, обеспечивающий требуемую величину и глубину залегания. Увеличение толщины деформированного слоя и величины остаточных напряжений обеспечивается увеличением размеров индентора и усилий обработки, однако при этом наблюдается спад остаточных напряжений к поверхности, что нежелательно для деталей малых размеров. Уменьшение геометрических размеров ДЭ (дроби, микрошариков, радиуса ролика и т. д.) смещает максимум остаточных напря-
15
жеиий к поверхности, но при этом невозможно добиться большой глубины их залегания [62, 108, 123, 140]. В данном случае применимы комбинированные методы поверхностного пластического деформирования [16, 75, 78, 138]:
1) на первом этапе применяется упрочнение на большую глубину (обкатывание, упрочнение дробью большого диаметра);
2) на втором этапе применяется упрочнение тонкого поверхностного слоя (16, 75).
Все перечисленные выше способы наведения остаточных напряжений затрагивают только поверхностные слои изделия. Более того, пластические деформации приводят к накоплению поврежденностей в материале. Поэтому для наведения остаточных напряжений в элементах конструкций наряду с «мгновенным» пластическим деформированием применяется обработка материалов давлением при медленном температурно-силовом режиме деформирования [34]. Таким образом, происходит замена необратимых пластических деформаций элементов конструкций необратимыми деформациями ползучести.
Известно, что при медленном температурно-силовом режиме нагружения в условиях ползучести накапливается существенно меньшая величина п о врожден ноет и м атер и ал а.
Выбор наиболее рациональных схем поверхностного упрочнения деталей можно проводить на основе теоретического анализа распределения сжимающих остаточных напряжений в деталях.
1.2. Методы оценки остаточных напряжений после процедуры упрочнения
Из анализа литературных источников следует, что для оценки полей остаточных напряжений после процедуры поверхностного пластического де-
16
формирования возможно применение расчётноэкспериментальных (феноменологических) или аналитических методов.
1. Экспериментальные методы.
Следует отметить, что для восстановления остаточных напряжений на настоящий момент не существует методов, носящих чисто экспериментальный характер. С помощью эксперимента доступны измерениям только некоторые интегральные перемещения, с помощью которых остаточные напряжения и деформации рассчитываются по аналитическим соотношениям теории упругости с учётом конструктивных особенностей элемента. Таким образом, более правильно говорить не об экспериментальных методах, а о расчётноэкспериментальных (феноменологических) методах, которые, в свою очередь, делятся на физические и механические методы.
Одним из самых распространённых физических методов является рентгеновский [50, 151]. Рентгеновские методы позволяют выявить особенности остаточного напряжённого состояния, которые не могут быть выявлены с использованием других методов без разрушения материала. Однако измерение остаточных напряжений с их помощью возможно лишь на незначительной глубине. К физическим относятся также поляризационно-оптические, магнитные, акустические, физико-химические, голографические и другие методы. Данные методы отличаются высокой чувствительностью к структурной неоднородности и деформации поверхностного слоя, что затрудняет применение данных методов при решении задач механики упрочнённых гладких деталей или деталей с концентраторами напряжений.
Механические методы классифицируются на экспериментальные разрушающие, экспериментальные неразрушающие, расчетно-экспериментальные, расчетные.
Значительный вклад в развитие теории- остаточных напряжений и их роли в сопротивлении усталости, коррозии, колебании деталей внесли отече-
17
- Київ+380960830922