90 / 457
Механики XXI веку. №15 2016 г.
90
Для достижения указанной цели в работе использована прикладная программа ANSYS, пред-
назначенная для расчета задач механики деформируемого твердого тела.
Постановка машинных экспериментов. Расчеты, выполненные в работе [6], позволили выяв-
лять размеры пластической волны при внедрении шара на глубину 1 мм в стальное тело. Они соста-
вили: ширина волны 4,73 мм, высота 0,06 мм. В этой же работе было установлено, что стесненные
условия закрепления образца влияют на напряжено-деформированное состояние нагруженного тела.
Для устранения формирования волны при пластическом течении металла предложено исполь-
зовать кольцо, ширина которого соответствует ширине волны, а внутренний диаметр обеспечивает
внедрение шара на заданную глубину (в наших опытах 1 мм). Это кольцо плотно прижимается к по-
верхности тела, и в него внедряется шар. После этого шар и кольцо снимаются, и происходит раз-
грузка металла. Для усиления эффекта подавления пластической волны были выполнены расчеты при
вдавливании кольца на глубину 0,02 мм и кольца с выпуклой поверхностью, которая зеркально отра-
жает форму поперечного сечения волны на глубину 0,06 мм. Конечно-элементная модель схемы на-
гружения представлена на рис. 1.
Приняты следующие параметры моделирования: шар радиусом 5 мм и кольцо из твердого
сплава ВК8, имеющего размеры 16х6х2 мм, блок (20х20х20 мм) из стали Ст45 (
Т
= 360 МПа); глу-
бина внедрения шара 1 мм.
Рис. 1. Конечно-элементная модель нагружения при стесненном условии упрочнения
1) Объемное тело; 2) Кольцо; 3) Шар.
Для оценки напряженно - деформированного состояния в разных точках по глубине модели
определяли эквивалентное напряжение (von – Mises), остаточные нормальные напряжения по осям
Oz, Ox, Oy. Критерий напряжения по Мизесу основывается на теории Мизез-Хенки (Mises-Hencky),
также известной как теория энергии формоизменения. При использовании главных напряжений
1
,
2
и
3
, напряжение по Мизесу
экв
вычисляется как [7].
После проведения моделирования, полученные результаты расчета представлены в таблице.
Таблица
Результаты моделирования и расчета
Размеры волны, мм
Способы упрочнения
МПа
МПа
МПа
h мм
l мм
Без кольца
385
-218
-584
0,06
4,735
С наложением кольца на
поверхность
417
-233
-627
0,02
3,955
Вдавление кольца на
глубину 0,02 мм
427
-223
-630
0,003
1,042
Вдавление кольца с выпуклой
поверхностью на
глубину 0,06 мм
439
-224
-634
0
0
Обсуждение результатов.
В таблице представлены результаты расчета влияния схемы на-
гружения на напряжено-деформированном состоянии образца и геометрические параметры волны.
Выявлено, что при свободном нагружении упруго-пластического тела шаром формируется пластиче-
1
2
3