Моделирование дефектности и напряженного состояния деталей и элементов машиностроительных конструкций

• Автор: Бабушкин, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 194 с. : ил.

1. Конструкционная прочность и дефектность деталей и элементов несущих конструкций
'♦ 1.1 Эксплуатационные разрушения машин и конструкций
1.2 Физическая природа и модели дефектности конструкционных материалов
1.3 Модели и методы анализа напряженного состояния в связи с | наличием дефектов
2. Вероятностное моделирование дефектности деталей и элементов конструкций
2.1 Статистические исследования параметров дефектности
2.1.1 Вероятностные модели технологической дефектности крупногабаритных кованых деталей
2.1.2 Вероятностные модели эксплуатационной дефектности несущих конструкций трубчато-балочных перегружателей
2.2 Вероятностные параметрические модели дефектности
3. Моделирование параметров напряженного состояния и разрушения в области дефектов
3.1 Особенности моделирования напряженного состояния в ло-
•'ф
кальных зонах
3.2 Исследование напряженного состояния в области технологических дефектов
3.2.1 Напряженное состояние сварных соединений
3.2.2 Напряженное состояние вал-шестерен
I 3.3 Исследование напряженного состояния в области эксплуатаци-

онных трещин
3.4 Моделирование параметров разрушения
4. Вероятностные задачи оценки опасности и нормирования дефектности
4.1 Вероятностные постановки задач моделирования дефектности
4.2 Методика оценки опасности и нормирования дефектности
4.3 Оценка опасности и нормирование технологической дефектности
4.4 Обоснование периодичности дефектоскопического контроля при наличии трещин
Выводы
Список использованных источников
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Зоны трещинообразования кранов-перегружателей производства АО “Сибтяжмаш”
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Гистограммы распределения параметров дефектов по сечениям вал-шестерен
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Концентрация напряжений в типовых сварных соединениях
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Напряженное состояние в области объемных технологических дефектов сварных швов и вал-шестерен ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Напряженное состояние в области трещин в конструкциях трубчато-балочных перегружателей ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Акты внедрения

Актуальность работы. Многочисленные исследования причин и условий возникновения отказов, повреждений, аварий деталей машин и элементов конструкций показывают определяющую роль технологической и эксплуатационной дефектности в снижении показателей прочности и надежности. В связи с этим расчеты прочности, проводимые с учетом фактического или прогнозируемого уровня дефектности, являются актуальными для обеспечения требуемого комплекса эксплуатационных характеристик машиностроительных конструкций во всех отраслях промышленности.
В большинстве случаев прямой учет технологической и эксплуатационной дефектности в расчетных оценках показателей прочности, ресурса и безопасности необходим в силу особенностей геометрии, размеров, ориентации дефектов, характера деформирования и напряженного состояния реальных деталей и элементов конструкций. В первую очередь это относится к зонам концентрации напряжений и сварным соединениям, являющимся областями систематического возникновения дефектов и повреждений при наличии неоднородных полей напряжений. В этих условиях традиционные представления результатов исследований напряженно-деформированного состояния (НДС) в виде эпюр, изолиний или интенсивностей напряжений оказываются неполными и не дают возможностей обобщения анализа НДС с учетом наличия и влияния распределенной дефектности. Кроме того, статистическая природа технологической и эксплуатационной дефектности, характеристик механических свойств материалов и нагруженности предопределяют необходимость вероятностного анализа НДС в зонах дефектов и трещин как основных очагов разрушения. В связи с изложенным актуальной представляется разработка общих подходов и методов к расчетному анализу влияния дефектности на прочность и формирование разрушений, а также получение обобщенных результатов и закономерностей для совокупности характерных дефектов. В диссертационной работе эта задача решается применительно к типовым деталям и элементам несущих машиностроительных конструкций на примере экскаваторов для открытых горных работ и кранов различного назначения.
• Г Бесконечная пластина с трещиноподобным дефектом при растяжении
Злиптическая трещина
Острая трещина
Эллиптическая трещина
Полудлина дефекта по оси X
Полудлина дефекта по оси У
Напряжения по оси X
Напряжения по оси V
Т ил расчета: П/ЛЖ
Рисунок 3.5 - Определение исходных данных
Далее выполняется непосредственно алгоритм, реализующий метод фиктивных усилий или разрывных смещений. Для визуализации результатов расчета напряженного состояния в области дефекта разработан следующий подход. Из исходной расчетной точки (например, вершины трещины) в пространстве, ограниченном осями X и У, проводится с заданным угловым шагом ряд лучей, вдоль которых с некоторым линейным шагом определяется положение системы расчетных точек, в которых вычисляются и выводятся компоненты напряжений и деформаций. Общая картина напряженного состояния дается одновременной визуализацией двух главных напряжений, причем первое главное определяется цветом, а второе -диаметром расчетной точки в соответствии с рисунком 3.6. Здесь же выводится оценка коэффициента интенсивности напряжений в исходной расчетной точке. Результаты расчетов выводятся также в текстовом формате в отдельный файл и могут быть использованы для дальнейшей обработки.