Исследование упрочнения полых сферических заготовок с помощью комбинации гидравлического и температурного автофретирования

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследуется распределение остаточных и эксплуатационных напряжений в полой сферической заготовке, предварительно упрочненной с помощью комбинации гидравлического и температурного автофретирования. Постановка задачи основана на теории малых упругопластических деформаций, условии пластичности Треска или Мизеса, ассоциированном законе течения и законе линейного изотропного упрочнения. При разгрузке материал сферы может проявлять эффект Баушингера. Все механические и теплофизические параметры считаются независимыми от температуры. Найдены точные аналитические решения для стадии нагрузки и разгрузки, включая повторное пластическое течение. Установлены значения технологических параметров, при которых эффект упрочнения достигается вблизи внутренней поверхности сферы. Анализ полученных результатов показал, что использование положительного градиента температуры позволяет повысить абсолютную величину остаточных напряжений на внутренней поверхности сферы. С другой стороны, с помощью отрицательного градиента можно добиться снижения эксплуатационных напряжений в сфере.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Н. Прокудин

Институт машиноведения и металлургии Хабаровского ФИЦ ДВО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: sunbeam_85@mail.ru
Россия, Комсомольск-на-Амуре

Список литературы

  1. Dixit U.S., Kamal S.M., Shufen R. Autofrettage Processes: Technology and Modelling. Boca Raton: CRC Press, 2019. 276 p.
  2. Shufen R., Dixit U.S. A review of theoretical and experimental research on various autofrettage processes // J. Pressure Vessel Technol. 2018. V. 140. № 5. P. 050802.
  3. Jacob L. La Résistance et L’équilibre Élastique des Tubes Frettés // Memorial de L’artillerie Navale. 1907. V. 1. P. 43–155.
  4. Zhan R., Tao C., Han L., Huang Y., Han D. The residual stress and its influence on the fatigue strength induced by explosive autofrettage // Explos. Shock Waves. 2005. V. 25. № 3. P. 239–243.
  5. Kamal S.M., Dixit U.S. Feasibility study of thermal autofrettage of thick-walled cylinders // J. Pressure Vessel Technol. 2015. V. 137. № 6. P. 061207.
  6. Zare H.R., Darijani H. A novel autofrettage method for strengthening and design of thick-walled cylinders // Mater. Des. 2016. V. 105. P. 366–374.
  7. Davidson T.E., Barton C.S., Reiner A.N., Kendall D.P. New approach to the autofrettage of high-strength cylinders // Exp. Mech. 1962. V. 2. № 2. P. 33–40.
  8. Shufen R., Dixit U.S. A finite element method study of combined hydraulic and thermal autofrettage process // J. Pressure Vessel Technol. 2017. V. 139. № 4. P. 041204.
  9. Shufen R., Singh N.P., Dixit U.S. Thermally assisted rotational autofrettage of long cylinders with free ends // J. Pressure Vessel Technol. 2023. V. 145. № 5. P. 051303.
  10. Shufen R., Dixit U.S. Effect of length in rotational autofrettage of long cylinders with free ends // Proc. Inst. Mech. Eng., Pt. C. 2022. V. 236. № 6. P. 2981–2994.
  11. Adibi-Asl R., Livieri P. Analytical approach in autofrettaged spherical pressure vessels considering the Bauschinger effect // J. Pressure Vessel Technol. 2007. V. 129. № 3. P. 411–419.
  12. Kargarnovin M.H., Darijani H., Naghdabadi R. Evaluation of the optimum pre-stressing pressure and wall thickness determination of thick-walled spherical vessels under internal pressure // J. Frankl. Inst. 2007. V. 344. № 5. P. 439–451.
  13. Parker A.P., Huang X. Autofrettage and reautofrettage of a spherical pressure vessel // J. Pressure Vessel Technol. 2007. V. 129. № 1. P. 83–88.
  14. Perl M., Perry J. The beneficial contribution of realistic autofrettage to the load-carrying capacity of thick-walled spherical pressure vessels // J. Pressure Vessel Technol. 2010. V. 132. № 1. P. 011204.
  15. Maleki M., Farrahi G.H., Haghpanah Jahromi B., Hosseinian E. Residual stress analysis of autofrettaged thick-walled spherical pressure vessel // Int. J. Press. Vessels Pip. 2010. V. 87. № 7. P. 396–401.
  16. Alexandrov S., Pirumov A., Jeng Y.-R. Expansion/contraction of a spherical elastic/plastic shell revisited // Contin. Mech. Thermodyn. 2015. V. 27. № 3. P. 483–494.
  17. Altenbach H., Lvov G., Naumenko K., Okorokov V. Consideration of damage in the analysis of autofrettage of thick-walled pressure vessels // Proc. Inst. Mech. Eng. Pt. C. 2016. V. 230. № 20. P. 3585–3593.
  18. Ali Faghidian S. Analytical approach for inverse reconstruction of eigenstrains and residual stresses in autofrettaged spherical pressure vessels // J. Pressure Vessel Technol. 2017. V. 139. № 4. P. 041202.
  19. Wen J.-F., Gao X.-L., Xuan F.-Z., Tu S.-T. Autofrettage and shakedown analyses of an internally pressurized thick-walled spherical shell based on two strain gradient plasticity solutions // Acta Mech. 2017. V. 228. № 1. P. 89–105.
  20. Johnson W., Mellor P.B. Elastic-plastic behaviour of thick-walled spheres of non-work-hardening material subject to a steady-state radial temperature gradient // Int. J. Mech. Sci. 1962. V. 4. № 2. P. 147–158.
  21. Śloderbach Z., Pajak J. Analysis of thick-walled elastic-plastic sphere subjected to temperature gradient // J. Therm. Stress. 2013. V. 36. № 10. P. 1077–1095.
  22. Orçan Y., Gamer U. The elastic-plastic spherical shell with nonlinear hardening subject to a radial temperature gradient // Acta Mech. 1994. V. 102. № 1. P. 183–198.
  23. Kargarnovin M.H., Rezai Zarei A., Darijani H. Wall thickness optimization of thick-walled spherical vessel using thermo-elasto-plastic concept // Int. J. Press. Vessels Pip. 2005. V. 82. № 5. P. 379–385.
  24. Darijani H., Kargarnovin M.H., Naghdabadi R. Design of spherical vessels under steady-state thermal loading using thermo-elasto–plastic concept // Int. J. Press. Vessels Pip. 2009. V. 86. № 2. P. 143–152.
  25. Мурашкин Е.В., Дац Е.П. Термоупругопластическое деформирование многослойного шара // Изв. РАН. МТТ. 2017. № 5. C. 30–36.
  26. Ковтанюк Л.В. Необратимое деформирование и последующая разгрузка сферического упруговязкопластического слоя // ПМТФ. 2013. Т. 54. № 1. C. 170–178.
  27. Буренин А.А., Ковтанюк Л.В., Терлецкий И.А. О необратимом деформировании и последующей разгрузке сферического вязкоупругопластического слоя // Изв. РАН. МТТ. 2014. № 3. C. 44–55.
  28. Бажин А.А., Буренин А.А., Мурашкин Е.В. К моделированию процесса накопления больших необратимых деформаций в условиях пластического течения и ползучести // ПММ. 2016. Т. 80. № 2. C. 254–264.
  29. Буренин А.А., Панченко Г.Л., Ковтанюк Л.В., Галимзянова К.Н. О согласовании механизмов роста необратимых деформаций полого шара при всестороннем сжатии // Докл. РАН. 2018. Т. 482. № 4. C. 403–406.
  30. Kholdi M., Rahimi G., Loghman A., Ashrafi H., Arefi M. Analysis of thick-walled spherical shells subjected to various temperature gradients: thermo-elasto-plastic and residual stress studies // Int. J. Appl. Mech. 2021. V. 13. № 09. P. 2150105.
  31. Ивлев Д.Д., Быковцев Г.И. Теория упрочняющегося пластического тела. М.: Наука, 1971. 232 с.
  32. Alexandrov S., Jeng Y.-R. An elastic/plastic solution for a hollow sphere subject to thermo-mechanical loading considering temperature dependent material properties // Int. J. Solids Struct. 2020. V. 200–201. P. 23–33.
  33. Perry J., Perl M., Shneck R., Haroush S. The influence of the Bauschinger effect on the yield stress, Young’s modulus, and Poisson’s ratio of a gun barrel steel // J. Pressure Vessel Technol. 2005. V. 128. № 2. P. 179–184.
  34. Shim W.S., Kim J.H., Lee Y.S., Cha K.U., Hong S.K. A study on hydraulic autofrettage of thick-walled cylinders incorporating Bauschinger effect // Exp. Mech. 2010. V. 50. № 5. P. 621–626.
  35. Weiss M., Kupke A., Manach P.Y., Galdos L., Hodgson P.D. On the Bauschinger effect in dual phase steel at high levels of strain // Mater. Sci. Eng. A. 2015. V. 643. P. 127–136.
  36. Meng Q., Zhao J., Mu Z., Zhai R., Yu G. Springback prediction of multiple reciprocating bending based on different hardening models // J. Manuf. Process. 2022. V. 76. P. 251–263.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимости давления P0 и P1 от градиента температуры △.

Скачать (88KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Распределение эквивалентных пластических деформаций в сфере для Pa=0.75,1.0,…,1.75 при △=0.

Скачать (86KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Остаточное радиальное (а) и тангенциальное (б) напряжение в сфере для при и .

Скачать (199KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Эксплуатационное тангенциальное — а и эквивалентное — б напряжение в сфере для при , , .

Скачать (133KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Максимальное тангенциальное — а и эквивалентное — б напряжение в сфере в зависимости от технологического давления Pa и градиента температуры для и

Скачать (219KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Максимальное тангенциальное (а) и эквивалентное (б) напряжение в сфере в зависимости от технологического давления Pa и градиента температуры для и .

Скачать (145KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024