Numerical Study of the Impact of Shot Peening on the Tooth Root Fatigue Performances of Gears Using Critical Plane Fatigue Criteria

喷丸 有限元法 残余应力 结构工程 材料科学 喷丸 圆角(机械) 弯曲 齿面 疲劳极限 复合材料 工程类 机械工程
作者
Franco Concli
出处
期刊:Applied sciences [MDPI AG]
卷期号:12 (16): 8245-8245 被引量:7
标识
DOI:10.3390/app12168245
摘要

Gears are one of the the most widespread mechanical components and their design is supported by standard calculation methods. Among all the possible failure modes of gears, tooth root bending is the most critical and could lead to catastrophic failures. In this regard, different surface treatments could be exploited to improve the gear strength. Among them, shot peening is the most common. The aim of this study is to evaluate the effectiveness of shot peening on improving the tooth root bending resistance. This is achieved by exploiting the Finite Element Method (FEM) in combination with advanced multiaxial fatigue criterion based on the critical plane concept. A standard Single Tooth Bending Fatigue test was reproduced numerically via FEM. Beside the wrought gears, shot peened ones were also simulated. The state of stress induced by the shot peening was obtained numerically by simulating the surface treatment itself with non-linear dynamic analyses. The results have shown quantitatively how the residual stresses promote an improvement in the resistance and how the local hardening could lead to different early paths of nucleation and propagation of cracks on the tooth fillet.

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