Анализ остаточных напряжений в поверхностно упрочненных вращающихся призматических элементах с полукруглыми надрезами в условиях высокотемпературной ползучести

Разработан численный метод для расчета релаксации остаточных напряжений во вращающемся поверхностно упрочненном призматическом образце с полукруглым надрезом в условиях высокотемпературной ползучести. Задача моделирует напряженно-деформированное состояние образца, у которого одна грань закреплена на вращающемся с постоянной скоростью диске.
Методика включает в себя следующие этапы:
– реконструкцию полей остаточных напряжений и пластических деформаций после предварительного поверхностного пластического деформирования;
– расчет релаксации остаточных напряжений в процессе ползучести вращающегося призматического стержня.
Выполнен детальный анализ задач для призматического образца размером $150{\times}10{\times}10$ мм из сплава ЭП742. Одна из граней этого образца была упрочнена с помощью механического ультразвукового упрочнения. Решение задачи рассматривалось для образца с полукруглыми надрезами радиусами 0.1 и 0.3 мм, расположенными на расстоянии 2 и 75 мм от жестко закрепленной грани.
В области надрезов после опережающего поверхностного пластического деформирования задачи решались как в упругой, так и в упруго-пластической постановках. Полученные начальные поля остаточных напряжений и пластических деформаций использовались в качестве исходных данных для решения задачи ползучести.
Анализ влияния радиусов надрезов, их расположения, угловой скорости и начальных полей остаточных напряжений на релаксацию остаточных напряжений проводился при температуре 650 ${}^\circ$C на основе феноменологической теории течения, построенной на известных экспериментальных данных для данного сплава.
Результаты показали, что для определения начального напряженно-деформированного состояния после предварительного пластического деформирования для надреза радиусом 0.1 мм необходимо использовать упруго-пластическое решение, тогда как для радиуса 0.3 мм различия между упругими и упруго-пластическими решениями незначительны.
Исследование релаксации остаточных напряжений проводилось при угловых скоростях 1500 и 2000 об/мин в течение 100 часов. Несмотря на заметную релаксацию остаточных напряжений для образцов с надрезами радиусом 0.1 и 0.3 мм, после полной температурно-силовой разгрузки в области надрезов все же наблюдается значительный уровень остаточных сжимающих напряжений. Это свидетельствует о высокой эффективности поверхностного упрочнения при эксплуатации в условиях высокотемпературной ползучести.