Method of determining endurance limit stress of cylindrical specimens made of structural steels by residual stresses of “check test piece”

Abstract


We consider the criteria of the estimation of surface strengthening influence on the endurance limit stress increase of the solid and hollow cylindrical specimens with cuts under the bend for the symmetrical cycle of loading. We check the possibility of “check test piece” method using forecasting of the tested standard specimens endurance limit stress. The “check test piece” method allows preventing the destruction of standard specimens when the residual stresses are determined experimentally. In this case the endurance limit stress of the standard specimens can be calculated by the residual stresses of “check test piece” that is strengthened simultaneously with the standard specimens by the same technology. We assume the standard specimens and the “check test piece” having the equal isotropic initial strain, the shear strains are small and we do not take them into account for the initial strain determination. We explore the solid and hollow cylindrical specimens of different diameters made of steel 20 and steel 45. The circular cuts of the specimens were strengthened by the anticipatory surface plastic deformation technology using the air/hydraulic shot blasting. The obtained results make it possible to conclude that the compressive residual stresses, calculated for smooth cylindrical specimens by the initial strains of “check test piece”, do not differ much from those that have been determined experimentally (up to 7 %). We compute the increment of the endurance limit stress of the strengthened specimens with cuts by the developed procedure using the mean integral residual stresses criterion. The difference between the calculated increase of the endurance limit stress of cylindrical specimens with cuts under the bend for the symmetrical cycle of loading and the experimental data is not more then 11 %.

About the authors

M N Saushkin

Samara State Technical University

Email: saushkin.mn@samgtu.ru

V P Sazanov

Samara State Aerospace University

Email: sopromat@ssau.ru

V S Vakulyuk

Samara State Aerospace University

Email: sopromat@ssau.ru

References

  1. On the effect of deep-rolling and laser-peening on the stress-controlled low- and high-cycle fatigue behavior of Ti-6Al-4V at elevated temperatures up to 550 °С / I. Altenberger, R.K. Nalla, Y. Sano, L. Wagner, R.O. Ritchie // International Journal of Fatigue. - 2012. - Vol. 44. - Р. 292-302. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2012.03.008
  2. Prediction and characterization of residual stresses from laser shock peening / R.A. Brockman, W.R. Braisted, S.E. Olson, R.D. Tenaglia, A.H. Clauer, K. Langer, M.J. Shepard // International Journal of Fatigue. - 2012. - Vol. 36. - No. 1. - Р. 96-108. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2011.08.011
  3. Dai K., Shaw L. Analysis of fatigue resistance improvements via surface severe plastic deformation// International Journal of Fatigue. - 2008. - Vol. 30. - No. 8. - P. 1398-1408. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2007.10.010
  4. Residual stresses and fatigue performance / M.N. James, D.J. Hughes, Z. Chen, H. Lombard, D.G. Hattingh, D. Asquith, J.R. Yates, P.J. Webster // Engineering Failure Analysis. - 2007. - Vol. 14. - No. 2. - P. 384-395. doi: 10.1016/j.engfailanal.2006.02.011
  5. Majzoobi G.H., Azadikhah K., Nemati J. The effects of deep rolling and shot peening on fretting fatigue resistance of Aluminum-7075-T6 // Materials Science and Engineering A. - 2009. - Vol. 516. - No. 1-2. - P. 235-247. doi: 10.1016/j.msea.2009.03.020
  6. McClung R.C. A literature survey on the stability and significance of residual stresses during fatigue // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. - 2007. - Vol. 30. - No. 3. - P. 173-205. doi: 10.1111/j.1460-2695.2007.01102.x
  7. Soady K.A. Life assessment methodologies incoroporating shot peening process effects: Mechanistic consideration of residual stresses and strain hardening. Part 1. Effect of shot peening on fatigue resistance // Materials Science and Technology (United Kingdom). - 2013. - Vol. 29. - No. 6. - P. 637-651. doi: 10.1179/1743284713Y.0000000222
  8. Terres M.A., Laalai N., Sidhom H. Effect of nitriding and shot-peening on the fatigue behavior of 42CrMo4 steel: Experimental analysis and predictive approach // Materials and Design. - 2012. - Vol. 35. - P. 741-748. doi: 10.1016/j.matdes.2011.09.055
  9. Павлов В.Ф. О связи остаточных напряжений и предела выносливости при изгибе в условиях концентрации напряжений // Известия вузов. Машиностроение. - 1986. - № 8. - С. 29-32.
  10. Радченко В.П., Афанасьева О.С. Методика расчета предела выносливости упрочненных цилиндрических образцов с концентраторами напряжений при температурных выдержках в условиях ползучести // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Физ.-мат. науки. - 2009. - T. 2(19). - С. 264-268. doi: 10.14498/vsgtu733
  11. Павлов В.Ф., Кирпичёв В.А., Вакулюк В.С. Прогнозирование сопротивления усталости поверхностно упрочненных деталей по остаточным напряжениям. - Самара: Изд-во Самар. науч. центра РАН, 2012. - 125 с.
  12. Серенсен С.В., Борисов С.П., Бородин Н.А. К вопросу об оценке сопротивления усталости поверхностно упрочненных образцов с учетом кинетики остаточной напряженности // Проблемы прочности. - 1969. - № 2. - С. 3-7.
  13. Иванов С.И., Павлов В.Ф., Прохоров А.А. Влияние остаточных напряжений на сопротивление усталости при кручении в условиях концентрации напряжений // Проблемы прочности. - 1988. - № 5. - С. 31-33.
  14. Остаточные напряжения и сопротивление усталости при растяжении-сжатии в условиях концентрации напряжений / В.Ф. Павлов, В.А. Кирпичев, Н.И. Яковенко, Д.И. Иванов // Известия вузов. Авиационная техника. - 2007. - № 4. - С. 66-67.
  15. Павлов В.Ф., Кирпичев В.А., Иванов В.Б. Остаточные напряжения и сопротивление усталости упрочненных деталей с концентраторами напряжений. - Самара: Изд-во Самар. науч. центра РАН, 2008. - 64 с.
  16. Methods of measuring residual stresses in components (Review) / N.S. Rossini, M. Dassisti, K.Y. Benyounis, A.G. Olabi // Materials and Design. - 2012. - Vol. 35. - Р. 572-588. doi: 10.1016/j.matdes.2011.08.022
  17. Recent advances in residual stress measurement / P.J. Withers, M. Turski, L. Edwards, P.J. Bouchard, D.J. Buttle // International Journal of Pressure Vessels and Piping. - 2008. - Vol. 85. - No. 3. - Р. 118-127. doi: 10.1016/j.ijpvp.2007.10.007
  18. Shaik J., Bailey J.A. Residual stress distribution in machining annealed 18 percent nickel maraging steel // J. Eng. Mater. Technol. - 1986. - Vol. 108. - No. 2. - Р. 93-98. doi: 10.1115/1.3225865
  19. Саушкин М.Н., Радченко В.П., Павлов В.Ф. Метод расчета полей остаточных напряжений и пластических деформаций в цилиндрических образцах с учетом анизотропии процесса поверхностного упрочнения // Прикладная механика и техническая физика. - 2011. - Т. 52, № 2. - С. 173-182.
  20. Моделирование остаточного напряженного состояния деталей в условиях концентрации напряжений с использованием программного комплекса MSC.NASTRAN/MSC.PATRAN / В.П. Сазанов, А.В. Чирков, О.Ю. Семенова, А.В. Иванова // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Техн. науки. - 2012. - № 1(33). - С. 106-113.
  21. Иванов С.И., Шатунов М.П., Павлов В.Ф. Определение дополнительных остаточных напряжений в надрезах на цилиндрических деталях // Вопросы прочности элементов конструкций / Куйбышев. авиац. ин-т. - Куйбышев, 1973. - Вып. 60. - C. 160-170.
  22. Петерсон Р.Е. Коэффициенты концентрации напряжений. - М.: Мир, 1977. - 304 с.

Statistics

Views

Abstract - 24

PDF (Russian) - 73

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2014 Saushkin M.N., Sazanov V.P., Vakulyuk V.S.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies