|
DOI: 10.14489/hb.2015.02.pp.003-011
Бледнова Ж. М., Степаненко М. А.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПОЗИЦИИ «СТАЛЬ–МАТЕРИАЛ С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ» ДЛЯ РАСШИРЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО-МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ КРЕПЕЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ
(с. 3-11)
Аннотация. Обоснована целесообразность использования композиции «сталь–материал с эффектом памяти формы (ЭПФ) на основе TiNi» для изготовления болтовых соединений, работающих в условиях вибраций и динамических нагрузок. Показано, что надеж-ные болтовые соединения из композиционного материала могут быть изготовлены как с гайкой, так и без нее, что позволит снизить вес конструкции. На основе расчета допусков и посадок резьбовых соединений для композита «сталь–слой TiNi» опреде-лена эффективная толщина слоя с ЭПФ, обеспечивающая необходимую посадку с натягом. Исследование напряженно-деформированного состояния резьбового соединения, выполненное методом конечных элементов в упругопластической поста-новке, показало, что при реализации технологического процесса изготовления болта в процессе температурного и силового воздействия в слое TiNi создаются условия, обеспечивающие формирование термомеханической памяти в определенном интервале фазовых превращений. Это обеспечивает в процессе эксплуатации необходимый уровень реактивных напряжений, обратимую деформацию и коэффициент формовосстановления. Выполненная оценка экономической целесообразности использования компо-зиционного материала для изготовления болтов показала, что для надежного проявления ЭПФ слой TiNi должен составлять 20…48 % от основного металла в зависимости от размера изделий. Рекомендовано использовать крепежные изделия из композиционного материала «сталь–слой TiNi» для труднодоступных, потенциально опасных и высокоресурсных герметичных соединений, работающих в условиях динамических нагрузок с жесткими требованиями обеспечения надежности.
Ключевые слова: эффект памяти формы; композиционный материал «сталь–сплав с ЭПФ»; крепежные изделия; эффективная толщина слоя; напряженно-деформированное состояние; метод конечных элементов; реактивные напряжения; обратимая деформация.
Blednova Zh. M., Stepanenko M. A.
COMPOSITION USE «STEEL–A MATERIAL WITH EFFECT OF MEMORY OF THE FORM» FOR EXPANSION OF IS FUNCTIONAL-MECHANICAL POSSIBILITIES OF FIXING PRODUCTS
(pp. 3-11)
Abstract. The expediency of use of a composition “steel–a material with effect of memory of the form (SME) on the basis of TiNi” for manufacturing bolted the connections working in the conditions of vibrations and dynamic loadings is proved. It is shown that reliable bolting of composite material may be manufactured as a nut, and without it, which would reduce structural weight. On the basis of the calculation of tolerances and fits threaded connections for composite “steel–layer TiNi” to determine the effective thickness of the layer with the shape memory effect, provides the correct interference fit. Investigation of the stressstrain state threaded joint finite element method elastic-plastic formulation, showed that the implementation of the process of manufacturing the bolt in the process temperature and power impact in TiNi layer to create conditions for the formation of thermomechanical memory in a certain range of phase transformations. This ensures that during operation the required level of reactive stresses, reversible deformation and shape recovery ratio. Performed to assess the economic feasibility of the use of composite material for the manufacture of bolts has shown that for a reliable manifestation SME TiNi layer should be 20…48 % of the base metal, depending on the size of the products. Recommended to use fasteners made of composite material “steel–layer TiNi” for difficult, potentially dangerous and high-resource leaktight connections, operating under dynamic loads with the stringent requirements of reliability.
Keywords: Shape memory effect; The composite material “steel–an alloy with shape memory effect” fasteners; The effective thickness of the layer; The stress-strain state; Finite element method; Reactive voltage; Reversible deformation.
Ж. М. Бледнова, М. А. Степаненко (Кубанский государственный технологический университет, Краснодар) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
;
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
Zh. M. Blednova, M. A. Stepanenko (Kuban State Technological University, Krasnodar, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
;
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Материалы с эффектом памяти формы: справочник / под ред. В. А. Лихачева. СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 1997–1998. Т. 1 – 4.
2. Razov A. I. Application of Titanium Nickelide–Based Alloys in Engineering // The Physics of Metals and Metallography. 2004. V. 97, Suppl. 1. P. 97 – 126.
3. Тихонов А. С., Герасимов А. П., Прохорова И. И. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении. М.: Машиностроение. 1981. 81 с.
4. Интеллектуальные авиаконструкционные материалы и микросистемная техника. Сборник конференции «Будущее индустрии». М.: МФТИ, 2012. 42 с.
5. Пушин В. Г., Прокошкин С. Д., Валиев Р. З. и др. Сплавы никелида титана с памятью формы. Ч. I. Структура, фазовые превращения и свойства. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 440 c.
6. Шишкин С. В., Махутов Н. А. Расчет и проектирование силовых конструкций на сплавах с эффектом памяти формы. М.–Ижевск: НИЦ R&C Dynamics, 2007. 456 с.
7. Бледнова Ж. М., Махутов Н. А., Русинов П. О. Перспективы использования материалов с памятью формы для формирования многофункциональных покрытий на изделиях машиностроительного назначения // Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 2013. Т. 79, № 11. С. 49 – 56.
8. Belyaev S., Rubanik V., Resninа N., Rubanik V., Rubanik O., Borisov V. Martensitic Transformation and Physical Properties of “Steel – TiNi” Bimetal Composite, Produced by Explosion Welding, J. Phase Transitions. 2010. V. 83, № 4. P. 276 – 283.
9. Бледнова Ж. М., Махутов Н. А., Чаевский М. И. Поверхностное модифицирование материалами с эффектом памяти формы. Краснодар: Издательский дом-Юг, 2009. 354 с.
10. Бледнова Ж. М., Будревич Д. Г. Махутов Н. А., Чаевский М. И. Поверхностное модифицирование материалами с памятью формы для получения разъемных соединений // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2002. № 5. С. 64 – 71.
11. Аркуша А. И., Фролов М. И. Техническая механика. М.: Высшая школа, 1983. 447 с.
12. Каменева А. Л., Каменева Д. В., Мехоношина Л. Н. Повышение трибологических и физико-механических свойств резьбовой поверхности метизных изделий // Конструкции из композиционных материалов. 2014. № 1(133). С. 48 – 51.
13. Резьбовые крепежные изделия – Метизы и Крепеж. [Веб-ресурс]. URL: http://rosmetizi.ru/rez_krepeg.html.
14. Chiodo J. D., Harrison D. J., Billett E. H. An Initial Investigation into Active Disassembly Using Shape Memory Polymers // Proc. Instn. Mech. Engrs (IMechE-2001). 2001. V. 215. Part B. P. 733 – 741.
15. Патент 5484244 США, МКИ6 F 16 В 35/04. Self-locking Threaded Fasteners / Glovan [и др.]; заявитель и патентообла¬датель MSE. Inc. № 192696; заявл. 07.02.94; опубл. 16.01.96.
16. Патент 2256108 РФ, МПК7 F 16 B 31/00, B 39/00. Способ изготовления болтового соединения для работы в усло-виях вибраций / Ж. М. Бледнова, Н. А. Махутов, М. И. Чаев-ский; заявитель и патентообладатель КубГТУ. № 200313697611; заявл. 22.12.03; опубл. 10.07.05.
17. Бледнова Ж. М., Степаненко М. А. Структура и свойства TiNi-покрытий с ЭПФ, полученных лазерной наплавкой // Известия вузов. Сев.-Кавказ. регион. Технические науки. 2005. № 12. С. 21 – 27.
18. Бледнова Ж. М., Русинов П. О. Формирование наноструктурированных поверхностных слоев из материалов с памятью формы на основе TiNi и NiAl // Российские нанотехнологии. 2010. № 3–4. С. 58 – 64.
19. Русинов П. О., Бледнова Ж. М., Балаев Э. Ю. Методические подходы и технические решения по формированию наноструктурированных слоев TiNi высокоскоростным газопламенным напылением // Известия Самарского научного центра РАН. 2013. Т. 15. № 4(2). С. 484 – 488.
20. Бледнова Ж. М., Махутов Н. А., Степаненко М. А. Особенности структуры и свойств поверхностных слоев из сплава с эффектами памяти формы, используемых в термомеханических соединениях // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2006. Т. 72, № 5. С. 42 – 49.
21. Допуски и посадки. Справочник. В 2-х ч. / под ред. В. Д. Мягкова. Л.: Машиностроение, 1982. С. 448. 543 с.
22. Широких А. С. Моделирование фрикционных соединений на высокопрочных болтах методом конечных элементов // Нефтегазовое дело / [Веб-ресурс]. URL: http://www.ogbus.ru. 2005. 9 с.
23. Шимкович Д. Г. Расчет конструкций в MSC. visualNASTRAN for Windows. М.: ДМК Пресс, 2010. 704 с.
1. Likhachev V. A. (1997-1998). Materials with shape memory effect: handbook. (Vol. 1-4). St. Petersburg: Izdatel'stvo NIIKh SPbGU.
2. Razov A. I. (2004). Application of titanium nickelide–based alloys in engineering. The Physics of Metals and Metallography, 97, pp. 97-126.
3. Tikhonov A. S., Gerasimov A. P., Prokhorova I. I. (1981). Application of shape memory effect in modern engineering. Moscow: Mashinostroenie.
4. Intellectual aviaconstruction materials and microsystem engineering.Proceedings of the conference «Future of the industry». (2012). Moscow: MFTI.
5. Pushin V. G., Prokoshkin S. D., Valiev R. Z. et al. (2006). Alloys of nickel-titanium with a shape memory. Part I. Structure, phase transformations and properties. Ekaterinburg: UrO RAN.
6. Shishkin S. V., Makhutov N. A. (2007). Calculation and design of power structures in alloys with a shape memory effect. Moscow-Izhevsk: NITs R&C Dynamics.
7. Blednova Zh. M., Makhutov N. A., Rusinov P. O. (2013). Prospects for the use of materials with shape memory for the formation of multi-functional coatings of machine assign-ment. Zavodskaia laboratoriia. Diagnostika materialov, 79(11), pp. 49-56.
8. Belyaev S., Rubanik V., Resninа N., Rubanik V., Rubanik O., Borisov V. (2010). Martensitic transformation and physical properties of «steel – tini» bimetal composite, produced by explosion welding. J. Phase Transitions, 83(4), pp. 276-283.
9. Blednova Zh. M., Makhutov N. A., Chaevskii M. I. (2009). Surface modification of materials with shape memory effect. Krasnodar: Izdatel'skii dom-Iug.
10. Blednova Zh. M., Budrevich D. G. Makhutov N. A., Chaevskii M. I. (2002). Surface modification of materials with shape memory for receiving detachable joints. Problemy mashinostroeniia i nadezhnosti mashin, (5), pp. 64-71.
11. Arkusha A. I., Frolov M. I. (1983). Technical mechanics. Moscow: Vysshaia shkola.
12. Kameneva A. L., Kameneva D. V., Mekhonoshina L. N. (2014). Improving tribological and mechanical properties of the threaded surface of fasteners. Konstruktsii iz kompozitsionnykh materialov, 133(1), pp. 48-51.
13. Threaded fasteners - Hardware and Fasteners. Available at: http://rosmetizi.ru/rez_krepeg.html.
14. Chiodo J. D., Harrison D. J., Billett E. H. (2001). An Initial Investigation into Active Disassembly Using Shape Memory Polymers. Proc. Instn. Mech. Engrs (IMechE-2001). Vol. 215. Part B, pp. 733-741.
15. Glovan et al. (1996). Self-locking Threaded Fasteners. US Patent No. 5484244. USA.
16. Blednova Zh. M., Makhutov N. A., Chaevskii M. I. A method of manufacturing a bolted connection for work in conditions of vibration. Ru Patent No. 2256108. Russian Federation.
17. Blednova Zh. M., Stepanenko M. A. (2005). Structure and properties of TiNi coating with shape memory effect, obtained by laser cladding. Izvestiia vuzov. Severo-Kavkazskii region. Tekhnicheskie nauki, (12), pp. 21-27.
18. Blednova Zh. M., Rusinov P. O. (2010). The formation of nanostructured surface layers of materials with shape memory-based tini and nial.Rossiiskie nanotekhnologii, (3-4), pp. 58-64.
19. Rusinov P. O., Blednova Zh. M., Balaev E. Iu. (2013). Methodological approaches and technical solutions for the formation of nanostructured tini layers with high-speed flame spraying. Izvestiia Samarskogo nauchnogo tsentra RAN, 15(4(2)), pp. 484-488.
20. Blednova Zh. M., Makhutov N. A., Stepanenko M. A. (2006). Peculiarities of structure and properties of surface layers of the alloy with the effects of shape memory used in thermo-mechanical connections. Zavodskaia laboratoriia. Diagnostika materialov, 72(5), pp. 42-49.
21. Miagkov V. D. (1982). Tolerances and fits. Handbook. In 2 volumes.Leningrad: Mashinostroenie.
22. Shirokikh A. S. (2005). Modeling friction joints on high-strength bolts using finite element method. Neftegazovoe delo. Avail-able at: http://www.ogbus.ru
23. Shimkovich D. G. (2010). Calculation of structures in MSC. Visual Nastran for Windows. Moscow: DMK Press.
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 250 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа статьи заполните форму:
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 250 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please fill out the form below:
.
.
|
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»