Вал - низкорадиусный концентратор - цементация

[StanislawDovnar 12]

Добрый день!

 

Делаем оценочный МКЭ-расчет для вала, подвергающегося кручению и растяжению одновременно. Режим нагружения - циклический.

Статический расчет выявляет мощный концентратор напряжений - галтель R 1,5 мм (242 МПа) - между диаметрами Ø150 и Ø130 мм.

Ситуация - стандартная. Советы, которые можно дать, - тоже. Но, похоже, проектировщик по своим соображениям оставит все так, как есть - низкорадиусную галтель.

Предполагается технологическая цепочка: точение - цементация - объемная закалка - шлифование. Сталь - вероятно, 25ХГТ.

 

Наше сомнение - как будут сочетаться малая галтель и цементация (создание науглероженного, твердого и хрупкого поверхностного слоя - толщина обычно более 1 мм)?

Цементация обеспечит износостойкость и прочность на больших шейках вала. А не пойдут ли хрупкие трещины на небольших цементованных галтелях, канавках, буртиках?

За кадром базового МКЭ-расчета остается и вопрос о концентрации остаточных закалочных напряжений.

 

Может, у кого-либо есть конкретный опыт? Можно ли цементовать низкорадиусные концентраторы на практике? И поручаться за их долговечность?

Просим совета!

Изменено 17 сентября 2017 пользователем StanislawDovnar

[Oxigen 7]

А у Вас в модели вал с галтелью? Думаю, что если попробовать просчитать несколько вариантов с разными радиусами, удастся установить степень изменения напряжений.

Хотя, возможно заказчик никак не желает менять конструкцию. Просто очень много технологических операций ради одной галтели. 

А насчет цикличности - каков ее порядок? Возможно ли биение какого-нибудь пошипника о галтель? После цементации эта зона ведь будет хрупкой.

И еще, внутренние напряжения после цементации снимают отпуском. Так что они будут присутствовать, конечно, но не повлияют на процесс эксплуатации. 

[StanislawDovnar 12]

Да, речь идет о галтели  R 1,5 мм между буртиком и пояском. На рисунке на ней маркер "326 МПа". Это более точная оценка Seqv, чем на предыдущем рисунке (242 МПа). Попутно, это иллюстрация сходимости в МКЭ. Более высокий уровень напряжения выявлен благодаря детализации сетки и многослойной укладке конечных элементов (inflation).

Влияние радиуса мы оценили. Вариация его в 4 раза в обе стороны дает диапазон напряжений от 515 до 216 МПа. Радиус галтели следует увеличить. Готовы и другие конструкторско-технологические рекомендации.

Но вопрос не в этом. И даже не в МКЭ.Проектировщик по своим причинам может оставить все как есть (малый радиус галтели). Тогда получаем сочетание небольшого радиуса с цементацией (а это все-таки охрупчивающая ХТО).

Мы верим, что цементацию будущего концентратора проводить можно и часто нужно. Но с соблюдением тонкостей. Хотелось бы понять, каких.

Иначе повиснет опасность старта хрупких трещин на галтели, не улавливаемая напрямую виртуальными испытаниями.

[piden 2 874]

Вариант С здесь не поможет?

[piden 2 874]

@dbarlam, спасибо за книгу!)

[Guterfreund 75]

14 часа назад, piden сказал:

@dbarlam, спасибо за книгу!)

Я тоже хотел бы сказать спасибо :). Может поделитесь литературкой ;)

[piden 2 874]

1 hour ago, Guterfreund said:

Может поделитесь литературкой ;)

Надеюсь, Барлам потом за мной Моссад не вышлет)

Machine Elements Life and Design.pdf

[dbarlam 184]

друзья прочнисты , надеюсь у Мосада есть более интересные дела чем отслеживать мой

скромный вклад в техническую литературу

Я видел в интернете бродит еще одна моя книга 

Для занимающихся МКЭ она может быть более интересна

Nonlinear Problems in Machine Design

Если не отыщете  - дайте знать  - поделюсь

[piden 2 874]

2 hours ago, dbarlam said:

Nonlinear Problems in Machine Design

Если не отыщете  - дайте знать  - поделюсь

Спасибо! Особенно за предложение поделиться) Не стоит - она ищется на раз)

[dbarlam 184]

Она готовилась в 1998-2000 и конечно несколько устарела , особенно в плане контактных задач.

С тех пор был сделан огромный рывок. Когда я писал эту главу я обратился к MSC они прислали мне свои материалы, но

в выводе были ошибки - поэтому я весь вывод проделал с 0. Примеры там - задачи конкретные которые решены щот начала и до конца.

Мой напарник ( к сожалению покойный) очень хороший методист ( как специалист не очень) и благодаря ему все этто приняло неплохую форму 

для начинающих расчетчиков , не с 0 конечно , задачи все нелинейные

[kolo666 253]

В 17.09.2017 в 16:41, StanislawDovnar сказал:

Попутно, это иллюстрация сходимости в МКЭ.

Я бы не стал так торопиться, если учитывать качество сетки.

[StanislawDovnar 12]

@kolo666

Не стоит капать на качество сетки. Оно достаточное. На концентраторе применена опция inflation.

При измельчении сетки вдвое напряжения даже немного размываются.

На паре картин внизу красный цвет - 300 МПа.

Сетка, как на рисунках выше:

 

И вдвое мельче.

 

В практическом смысле сходимость достигнута.

[kolo666 253]

@StanislawDovnar ошибку узловых осреднений смотрели?

Мне показалось, или у Вас при уменьшении размера сетки уменьшаются напряжения?

А капать на качество сетки всегда можно и нужно, не просто так напридумывали разных критериев качества. Особенно в таких задачах. Или фразы на подобии "Warning bed element" у Вас просто игнорируются?)

Изменено 24 сентября 2017 пользователем kolo666

[StanislawDovnar 12]

Известно, что редкая сетка на концентраторах недооценивает напряжения.

Если возле концентраторов разбивка произведена негусто элементами "тетраэдр" и "призма", то картина напряжений "плещется". Всплески напряжений имеют численно-математическое происхождение и могут быть довольно высоки (и локальны хотя бы в одном направлении - сопоставимы с размером элемента).  Это отражается и в energy errors.

 

При улучшении качества сетки ошибки снижаются, всплески разглаживаются, общий уровень напряжений подрастает до предела сходимости.

В местах вычислительных всплесков напряжения могут немного понизиться ( к общему выравнивающемуся полю напряжений). 

Думаю, это и происходит (чуть-чуть) на второй картинке по сравнению с первой.

[AlexKaz 1 822]

В 17.09.2017 в 17:12, StanislawDovnar сказал:

Наше сомнение - как будут сочетаться малая галтель и цементация (создание науглероженного, твердого и хрупкого поверхностного слоя - толщина обычно более 1 мм)?

Цементация обеспечит износостойкость и прочность на больших шейках вала. А не пойдут ли хрупкие трещины на небольших цементованных галтелях, канавках, буртиках?

За кадром базового МКЭ-расчета остается и вопрос о концентрации остаточных закалочных напряжений.

Курсовой проект - расчёт редуктора: находим эпюры, находим нормальные и касательные напряжения, в зонах галтелей умножаем на коэффициент концентрации. В вашем случае k=~3.

О цементации - в Шейнблите по-моему только закалка + ТВЧ.

В 17.09.2017 в 20:13, piden сказал:

Вариант С здесь не поможет?

 

  Показать содержимое

 

 

 

 

 

Красивые идиализированные картинки, нехватает реального эксцентриситета.

[Guterfreund 75]

В ‎22‎.‎09‎.‎2017 в 18:42, dbarlam сказал:

друзья прочнисты , надеюсь у Мосада есть более интересные дела чем отслеживать мой

скромный вклад в техническую литературу

Я видел в интернете бродит еще одна моя книга 

Для занимающихся МКЭ она может быть более интересна

Nonlinear Problems in Machine Design

Если не отыщете  - дайте знать  - поделюсь

А я бы не отказался! Быстро найти книгу в сети не удалось. Если есть возможность, выкладывайте, пожалуйста, ее сюда...

[kolo666 253]

@StanislawDovnar это вы мне объясняете или что? Короче:

"При улучшении качества сетки ошибки снижаются" так вот качество сетки у вас никакое, это видно без увеличительного стекла. И если вы посмотрите ошибку осреднений, то увидеть там сумасшедшие цифры. А вообще оставляйте все как есть, кто я такой. Видимо вы не нашли в Википедии что такое якобиан например и тд. 

Изменено 25 сентября 2017 пользователем kolo666

[StanislawDovnar 12]

@kolo666  Поясняю!

Здесь конечные элементы с квадратичной аппроксимацией перемещений. Они не так уж плохи на редких сетках (не путать со старинным solid45 с линейной интерполяцией). В данной сетке густота элементов достаточна. Есть сгущение на поверхностях. В глубине сетка реже и хуже, но это не так уж страшно.

Область концентратора выстлана 5-ю тонкими слоями элементов - inflation. Критерии качества и сходимость при сгущении прослежены.

Конечно, совсем регулярная сетка была бы совсем хороша. Но и того, что есть достаточно для инженерной точности. Это ведь не CFD с его требованиями к сетке.

[piden 2 874]

3 hours ago, AlexKaz said:

нехватает реального эксцентриситета.

Это вы о чем вообще?

[AlexKaz 1 822]

5 часов назад, piden сказал:

Это вы о чем вообще?

О допусках и гравитации, ерунда, но мало ли какая у них гравитация.

В 17.09.2017 в 17:12, StanislawDovnar сказал:

кручению и растяжению одновременно. Режим нагружения - циклический.

Коэффициент динамичности?

Показать содержимое  

@piden , чёй-то вы перешли на вы, чёй-то замышляете =)

Hide  

Изменено 25 сентября 2017 пользователем AlexKaz