Прогнозирование долговечности деталей машин на основе анализа изменения площадей петель гистерезиса

• Автор: Садриев, Роберт Мансурович
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 165 с. : ил. + Прил. ((2)166 с.: ил.)

1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ РАСЧЕТОВ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В ПРОЦЕССЕ УСТАЛОСТИ
1.1. Кинетическая теория механической усталости металлов
1.2. Основные предпосылки расчета сопротивления усталости
деталей машин
1.3. Влияние концентраторов напряжения на развитие усталостных трещин
1.4. Энергетический метод исследования сопротивляемости материалов
1.5. Особенности использования статической и динамической петли гистерезиса
1.6. Методы исследования внутреннего трения в металлах
2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ УСТАЛОСТНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
2.1. Общие закономерности физики процесса усталостного разрушения деталей машин
2.2. Расчетная модель прочностной надежности деталей машин
ч
2.3. Вере люстно-статистические характеристики при нерегулярном нагружении деталей машин
2.4. Системный метод расчета деталей машин с концентраторами напряжений
2.5. Математическая модель оптимального выбора материала
3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ УСТАЛОСТНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
3.1. Подготовка деталей и стендов к испытанию на усталостную прочность
3.2. Тарировка стендов для испытаний лабораторных образцов
3.3. Планирование факторного эксперимента
3.4. Оценка рассеяния результатов испытаний
3.5. Методика стендовых динамических испытаний
3.6. Методика обработки результатов испытания образцов
3.7. Методика отбраковки резко выделяющихся результатов
3.8.Алгоритм расчета оптимального выбора материала
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПРИ НЕРЕГУЛЯРНОМ НАГРУЖЕНИИ
4.1. Результаты усталостных испытаний деталей с постоянной амплитудой
4.2. Результаты усталостных испытаний деталей с переменной
амплитудой
4.3. Влияние концентрации напряжений на ресурс детали
4.4. Влияние механической обработки поверхности на
усталостную прочность
4.5. Результаты оптимизации параметров деталей машин и прогнозирование ресурса деталей машин
4.6. Разработка рекомендаций и расчет экономической 149 эффективности результатов исследования
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 2

На каждом этапе развития машиностроения проблема обеспечения сопротивления деталей машин усталости решалась в рамках текущих потребностей и возможностей техники. Переход к каждому новому этапу проектирования усложнял формулировку проблемы и требовал для ее решения углубленного изучения явления усталости и разработки более совершенных методов обеспечения сопротивления усталости деталей машин. При этом ориентировались на приближенную оценку средней величины предела выносливости материала и выбор геометрических размеров опасных сечений деталей.
На современном этапе развития машиностроения проблема обеспечения сопротивления деталей машин требует более глубокого изучения процессов усталости. Развитие ряда новых отраслей машиностроения вызвало необходимость создания легких и малогабаритных высоконагруженных деталей с нарушением принципа обеспечения неограниченного ресурса и заменой его принципом обеспечения необходимого ресурса. Рост машиностроения и связанный с ним рост расхода металла требует необходимости экономии металла, ужесточение требований к весовым и геометрическим параметрам всех видов деталей машин.
Известно, что рассеяние механических характеристик прочности деталей и случайный характер их нагружения в эксплуатации могут быть причиной нарушения принципа обеспечения неограниченного ресурса и непредвиденных простоев, а также непредусмотренных затрат на восстановление работоспособности машин. Поэтому в настоящее время доминирующим стал принцип обеспечения необходимого ресурса деталей с установленной вероятностью неразрушения, т. е. обеспечение необходимой и экономически целесообразной долговечности периодически нагруженных деталей.
Обеспечение сопротивления деталей машин усталости в настоящее время проводится в два этапа. На первом этапе конструкция деталей определяется путем проектных расчетов, на втором - дорабатывается по результатам испытаний. Как показывает опыт работы, при проектных расчетах не обеспечивается требуемая точность оценок ресурса деталей с заданной вероятностью нагружения. Причинами недостаточной точности оценок являются существенное рассеивания среднего значения и квадратичного отклонения предела выносливости деталей и образцов материала, а также ошибки, обусловленные использованием принятых гипотез суммирования накопленной энергии в материале при регулярном и нерегулярном циклических нагружениях.
Анализ имеющейся информации позволяет сделать вывод о возможности разработки новых методов оценки долговечности деталей машин с требуемой точностью для условий переменного нагружения по характеристикам сопротивления их усталости, полученным при регулярном нагружении.

можно использовать функцию Рэлея. Величину рассеянной энергии используют как показатель выносливости детали.
2.4. Системный метод расчета деталей машин с концентраторами
напряжений
На сопротивление усталости деталей машин наибольшее влияние оказывают различные виды концентрации (К) напряжений, масштабный фактор (А/), качество изготовления детали (и), виды вибронагружений (X), качество используемого материала (Км), которые влияют на величину затрачиваемой энергии при циклическом нагружении(ЛГц).
Взаимные связи между различными концентраторами представлены в виде обобщенной модели (рис.2.6), состоящей из отдельных графов.
Представленные вершины определяют полный спектр производства деталей до определения ее ресурса. Взаимное влияние вершин графа указывает на их связи.
Связи между вершинами графа целесообразно рассматривать как отдельные суграфы. Суграф С) с (7 с множеством вершин С, ={Х,Ки,М) и су-граф Я! = (КМX),(МХ)} используется при определении качественных (Км) возможностей применяемых материалов для данной детали, работающих при случайных нагрузках. Операторы связи вершин V представляют собой в простейших случаях неравенства и алгебраические уравнения, применяемые при решении задач со случайными нагрузками.
Рис. 2.6. Обобщенная параметрическая модель функционально-аналитического множества