В представленій роботі досліджено напружений стан та здійснено оцінку міцності відновленої ділянки штока бурового насоса двосторонньої дії. Реставрацію штока виконували шляхом проточування зношеної ділянки і формування двошарового покриття на сталевій основі: основа – сталь 40X; зносостійкий поверхневий шар – оксид алюмінію; прошарок – алюміній. Покриття створювали електродуговим напиленням шару алюмінію з подальшим мікродуговим оксидуванням його верхньої частини, залишаючи непрооксидованим нижній шар алюмінію (верхній оксидний шар покриття містить тверду фазу α-Al₂O₃).

Така технологія реставрації поверхні штока передбачає заміну частини одного матеріалу іншими. Виникає запитання щодо оцінки експлуатаційної міцності одержаної композиції матеріалів. Особливої актуальності це запитання набуває у випадку виникнення позаштатних ситуацій [1], які через зміну характеру деформації призводять до зниження коефіцієнту запасу міцності штока загалом (рис. 1).

a) б)

Рис. 1 – Модель навантаження реставрованої ділянки штока: а –  експлуатаційне навантаження; б – навантаження при позаштатній ситуації.

Для розрахунків застосовано стержневу модель із неоднорідного матеріалу, попереччя якої є багатозв’язною областю, де параметри пружності та міцності змінюються від шару до шару, тобто є кусково-сталими функціями від радіальної координати. Поведінку такої моделі розглянуто за звичного експлуатаційного навантаження штока та при виникненні позаштатної ситуації, яка спричинена зносом деталей пари тертя “крейцкопф – напрямні станини насоса”.

a)                                                                   б)

Рис. 2 – Оцінка міцності реставрованої ділянки штока з урахуванням позаштатних напружень: а – еквівалентні напруження в реставрованій ділянці штока; б – розподіл коефіцієнта запасу міцності.

Отримано розподіл нормальних, дотичних та еквівалентних напружень в неоднорідному матеріалі відновленої ділянки штока. Здійснено оцінку міцності такої ділянки як за звичних експлуатаційних навантажень, так і з урахуванням позаштатних напружень (рис. 2). Встановлено, що отримана у процесі реставрації штока композиція матеріалів із проміжним прошарком є досить вдалою з погляду забезпечення міцності як шаруватого покриття, так і  реставрованої деталі загалом. Одержані результати дозволяють перейти до оцінки напруженого стану циліндричних деталей з покриттям, яке містить довільну кількість шарів.