Метод реконструкции остаточных напряжений в призматическом образце с надрезом полукруглого профиля после опережающего поверхностного пластического деформирования

Исследуется напряженно-деформированное состояние в поверхностно упрочненном брусе (балке) с концентратором напряжений типа полукруглого надреза. Предложен численный метод расчета остаточных напряжений в области надреза после опережающего поверхностно пластического деформирования. Задача сведена к краевой задаче фиктивной термоупругости, где начальные (пластические) деформации модели моделируются температурными деформациями в неоднородном температурном поле. Решение построено с использованием 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. Детально исследовано влияние радиуса надреза и толщины балки на характер и величину распределения компонент тензора остаточных напряжений в области концентратора напряжений. Для нормальной продольной компоненты тензора остаточных напряжений, играющей важную роль в теории многоцикловой усталости, установлено, что если радиус полукруглого надреза меньше толщины упрочненного слоя (области сжатия материала), происходит увеличение (по модулю) этой компоненты остаточных напряжений в наименьшем сечении детали (в объеме, непосредственно примыкающем к дну концентратора), а если глубина надреза больше толщины упрочненного слоя, то наблюдается уменьшение (по модулю) этой величины по сравнению с гладким упрочненным образцом. Показано, что в упрочненной балке с надрезом величина прогиба вследствие наведенных самоуравновешенных остаточных напряжений меньше, чем в гладкой балке. Выполнена экспериментальная проверка разработанного численного метода для поверхностно упрочненной гладкой балки из сплава ЭП742.