Оценка напряженного состояния в зоне силового контакта деталей машин методом конечных элементов по различным теориям прочности

Во всех сферах машиностроения применяют детали, работающие в условиях силового контактного взаимодействия. Для решения контактной задачи используют герцевскую теорию контактного взаимодействия, а полученные напряжения называют герцевскими. Значения этих напряжений чаще всего в несколько раз превышают предел прочности материала. В связи с этим нельзя судить о прочности материала, опираясь на такие классические механические характеристики, как пределы текучести и прочности. Однако с появлением численных методов для оценки напряженно-деформированного состояния появилась возможность получения поля напряжений и пересчета его в эквивалентное напряженное состояние. Чтобы найти подходящее условие контактной прочности, проведен численный расчет контактного взаимодействия деталей с применением метода конечных элементов. По полученным в численном расчете полям напряжений определены эквивалентные напряжения по известным теориям прочности. Выполнен анализ результатов исследования. Предложен возможный подход к оценке контактной прочности.
EDN: TPRRLE, https://elibrary/tprrle

Литература

[1] Ghaednia H., Wang X., Saha S. et al. A review of elastic–plastic contact mechanics. Appl. Mech. Rev., 2017, vol. 69, no. 6, art. 060804, doi: https://doi.org/10.1115/1.4038187

[2] Sadeghi F., Jalalahmadi B., Slack T.S. et al. A review of rolling contact fatigue. J. Tribol., 2009, vol. 131, no. 4, art. 041403, doi: https://doi.org/10.1115/1.3209132

[3] Furuya Y., Nishikawa H., Hirukawa H. et al. Catalogue of NIMS fatigue data sheets. Sci. Technol. Adv. Mater., 2019, vol. 20, no. 1, pp. 1055–1072, doi: https://doi.org/10.1080/14686996.2019.1680574

[4] Military handbook. Metallic materials and elements for aerospace vehicle structures. USA Department of defense, 1998. 2396 p.

[5] Потапова Л.Б., Ярцев В.П. Механика материалов при сложном напряженном состоянии. Москва, Машиностроение-1, 2005. 244 c.

[6] Лебедев А.А. Развитие теорий прочности в механике материалов. Проблемы прочности, 2010, № 5, с. 127–146.

[7] Андреева Ю.Д., Магнитский И.В. Требования к техническому обеспечению измерений локальных упругих характеристик УУКМ методом индентирования. Ключевые тренды в композитах: наука и технологии. Москва, Диона, 2019, с. 30–36.

[8] Калинин А.Л. Применение модифицированных условий пластичности для расчета безопасных давлений на грунты земляного полотна. Magazine of Civil Engineering, 2013, № 4, c. 35–45.

[9] Кадомцева Е.Э., Бескопыльный А.Н. Расчет на прочность армированных балок с заполнителем из бимодульного материала с использованием различных теорий прочности. Инженерный вестник Дона, 2013, т. 27, № 4. URL: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/R_105_Kadomceva.pdf_2125.pdf

[10] Sines G., Ohgi G. Fatigue criteria under combined stresses or strains. J. Eng. Mater. Technol., 1981, vol. 103, no. 2, pp. 82–90, doi: https://doi.org/10.1115/1.3224995

[11] Carpinteri A., Spagnoli A., Vantadori S. Multiaxial fatigue assessment using a simplified critical plane-based criterion. Int. J. Fatigue, 2011, vol. 33, no. 8, pp. 969–976, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2011.01.004

[12] Bhat S., Patibandla R. Metal fatigue and basic theoretical models: a review. In: Alloy steel-properties and use. InTech Open, 2011, vol. 22, pp. 204–245, doi: https://doi.org/10.5772/28911

[13] Sharma A., Jackson R.L. A finite element study of an elasto-plastic disk or cylindrical contact against a rigid flat in plane stress with bilinear hardening. Tribol. Lett., 2017, vol. 65, no. 3, art. 112, doi: https://doi.org/10.1007/s11249-017-0894-9