On the assembly of a hot-fit elastic-viscoplastic disk with a non-circular inclusion

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The solution of a non-one-dimensional boundary value problem of the theory of plane temperature stresses is used to calculate the level and distribution of temperature stresses at each time point during the process of performing the technological operation of assembling a composite disk by hot fitting, when the enclosed assembly part is different from a circular plate. Residual stresses in the assembly elements and the resulting interference fit in it after its cooling to room temperature are calculated. Current and residual stresses are calculated depending on the preliminary heating of the enclosing ring, the thermomechanical properties of the mating parts and their initial geometry. The yield strengths of the elastic-viscoplastic elements of the assembly are assumed to be essentially dependent on the local temperature. Attention is drawn to the need to exclude singularity when setting boundary conditions on the mating surfaces of the assembly parts.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. A. Burenin

Institute of Mechanical Science and Metallurgy, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: 4nansi4@mail.ru
Russian Federation, Komsomolsk-on-Amur

A. V. Tkacheva

Institute of Mechanical Science and Metallurgy, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: 4nansi4@mail.ru
Russian Federation, Komsomolsk-on-Amur

References

  1. Bernicker E.I. Interference fit in mechanical engineering. M., L.: Mechanical engineering. 1966. 168 p. (in Russian)
  2. Parkus H. Instationare warmespannungen. Wien: Springer-Verlag. 1959.
  3. Burenin A.A., Tkacheva A.V. Evolution of temperature stresses in the Gadolin problem of assembling a two-layer elastic-plastic pipe // Vestn. PNIPU. Ser. Mekh. 2020. No. 3. P. 20–31. (in Russian)
  4. Bukhalov V.I., Popov A.L., Chelyubeev D.A. Gadolin’s theory in elastoplastic formulation Mechanics of Solids. 2019. Т. 54. № 2. С. 356–63.
  5. Burenin A.A., Tkacheva A.V., Firsov S.V. Gadolin’s problem on assembling a two-layer shaft by hot fitting with a joint tear-off test// Vesn. Sam. state tech. univ. Ser. Phys.-math. sciences. 2022. Vol. 26, No. 3. P. 480–499. (in Russian)
  6. Burenin A.A., Tkacheva A.V. Gadolin problem of assembling a prestressed two-layer pipe Journal of applied mechanics and technical physics 64 № 5. 2023. P. 929–942. doi: 10.1134/s002189442305022x
  7. Gadolin A.V. Theory of guns fastened with hoops // Artillery Journal. 1861. No. 12. P. 1033–1071. (in Russian)
  8. Burenin A.A., Tkacheva A.V., Shcherbatyuk G.A. Calculation of the unsteady thermal stresses in elastoplastic solids Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2018. Т. 59. № 7. С. 1197–1210.
  9. Dats E.P., Murashkin E.V., Tkacheva A.V., Shcherbatyuk G.A. thermal stresses in an elastoplastic tube depending on the choice of yield conditions Mechanics of Solids. 2018. Т. 53. № 1. С. 23–32.
  10. Aleksandrov S.E., Lomakin V., Dzeng I.-R. Solution of the thermoelastoplastic problem for a thin disk of plastically compressible material subjected to thermal loading Doklady Physics. 2012. Т. 57. № 3. С. 136–139.
  11. Semka E.V. On the algorithm for calculating the state parameters of a thermoplastic disk // Bulletin of Bashkir University. Series: mat. mech. Ufa. 2021. No. 1. P. 10–15.
  12. Aleksandrov S.E., Lyamina E.A., Novozhilova O.V. The influence of the relationship between yield strength and temperature on the stress state in a thin hollow disk Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2013. Т. 42. № 3. С. 214–218.
  13. Dats E.P., Petrov M.R., Tkacheva A.V. Piecewise linear plastic potentials in problems of the theory of thermal stresses on hot-fit assembly // Bulletin of ChSPU named after I.Ya. Yakovlev. Limit State Mechanics. 2015. Vol. 26, No. 4. P. 163–179. (in Russian)
  14. Dats E.P., Tkacheva A.V., Shport R.V. Assembly of the “ring in ring” structure by the method of hot fitting // Bulletin of the ChSPU named after I. Ya. Yakovlev, Series: Mechanics of the limit state. 2014, No. 4 (22). P. 204-213. (in Russian)
  15. Burenin A.A., Kaing M., Tkacheva A.V. On the calculation of plane stress states in the theory of unsteady temperature stresses in elastic-plastic bodies// Far Eastern Mechanical Engineering Journal. 2018. Vol. 18, No. 2. P. 131–146. (in Russian)
  16. Bykovtsev G.I., Ivlev D.D. Theory of plasticity. Vladivostok: Dalnauka, 1998. 528 p. (in Russian)
  17. Ishlinsky A.Yu., Ivlev D.D. Mathematical theory of plasticity. Moscow: Fizmatlit, 2001, p. 704. (in Russian)
  18. Gamer U. A concise theatment of fhe shrink fit withelastic plastic hab // Int. Solids Struct. 1992. V. 29. P. 2463–2469. doi: 10.1007/BF01174165
  19. Mack W. Thermal assembly of on elastic – plastic hub a solid shaft // Arch. Appl. Mech. V. 63. P. 42–50. doi: 10.1007/BF00787908
  20. Bengeri M., Mack W. The influence of the temperature dependence of the yield stress on the stress distribution in a thermally assembled elastic-plastic shrink fit// Acta Mechanica 1994, Vol. 103. P. 243–257. doi: 10.1007/BF01180229
  21. Kovacs A. Residual stresses in thermally loaded shink fit// Period. Polytech., Mech. Eng. 1996. V. 40, № 2. P. 103–112.
  22. Burenin A.A., Matveenko V.P., Tkacheva A.V. Temperature stresses during the assembly of a two-layer shaft by hot fitting // Uch. Zap. KnAGTU. 2018. Vol. 35, No. 3. P. 31–41. (in Russian)
  23. Burenin A.A., Tkacheva V.E. Assembly of a two-layered metal pipe by using shrink fit Mechanics of Solids. 2019. Т. 54. № 4. С. 559–569.
  24. Burenin A.A., Tkacheva A.V. On the calculations of the technological operation of hot-fitting assembly of cylindrical parts // PMM. 2022. Vol. 86, No. 4. P. 595–611. (in Russian)
  25. Prager W. Inrroduction to mechanics of continua. Grinn and Co. USA. 1961.
  26. Burenin A.A., Kovtanyuk L.V. Large irreversible deformations and elastic aftereffect. Vladivostok: Dalnauka. 2013. 312 p. (in Russian)
  27. Germain P. Cours de mecanique des milieux continus. Tome 1. Theorie genelale. Paris. 1973.
  28. Ivlev D.D., Bykovtsev G.I. Theory of a hardening plastic body. Moscow: Nauka. 1971. 232 p. (in Russian)
  29. Burenin A.A., Kovtanyuk L.V., Polonik M.V. The possibility of reiterated plastic flow at the overall unloading of an elastoplastic medium Doklady Physics. 2000. Т. 45. № 12. С. 694–696.
  30. Erena D., Vazquez J., Navarro C., Talimi R. Numerical study on the influence of artificial internal stress relief groove on fretting fatigue in a shrink-fitted assembly // Tribol. Int. 2020. V. 151. P. 1–9. doi: 10.1016/j.triboint.2020.106443
  31. Potyanikhin D.A., Dubenko E.M. Calculation of the stress-strain state of a riveted joint obtained using nitrogen cooling of the rivet // Vestn. ChSPU named after I.Ya. Yakovlev. Series: Mechanics of the Limit State. 2018. No. 3(37). P. 134–144. (in Russian)
  32. Buczkowski R., Kleiber M. A study of the surface roughness in elastc-plastic shrink fited joint // Tribol. Int. 2016. V. 98. P. 125–132. doi: 10.1016/j.triboint.2016.02.021
  33. Vasiliev V.V., Lurie S.A. Nonlocal solutions to singular problems of mathematical physics and mechanics. Mechanics of Solids. 2018. Т. 53. № S. С. 135–144.
  34. Goryainov V.V., Popov M.I., Chernyshov A.D. Solving the stress problem in a sharp wedge-whaped cutting tool using the quick decomposition method and the problem of matching boundary conditions. Mechanics of Solids. 2019. Т. 54. № 7. С. 1083–1097.
  35. Rukavishnikov V.A., Rukavishnikova E.I. Existence and uniqueness of an rν-generalized solution of the dirichlet problem for the lamé system with a corner singularity Differential Equations. 2019. Т. 55. № 6. С. 832–840.
  36. Penkov V.B., Polikarpov M.V. Concentrated force actions in the boundary state method // Vestn. ChSPU named after I.Ya. Yakovlev. Series: Limit State Mechanics. 2020. No. 1. P. 34–44. (in Russian)
  37. Lomakin E.V., Lurie S.A., Rabinskiy L.N., Solyaev Y.O. Refined stress analysis in applied elasticity problems accounting for gradient effects Doklady Physics. 2019. Т. 64. № 12. С. 482–486.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Geometry of the assembly.

Download (63KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Viscoplastic flow region: nucleation and development.

Download (71KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Residual stresses at r = R in the material of the spanning ring.

Download (68KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Residual stress distribution in the vicinity of boundary point B: (a)

Download (101KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».