Критерии прочности для зон концентрации напряжений и их приложения для оценки долговечности и ресурса элементов конструкций

• Автор: Рудис, Александр Маркович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 132 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
ГЛАВА 1. Проблемы прочности, долговечности и ресурса
1Л. Постановка задачи оценки прочности, долговечности и ресурса
1.2. Свойства конструкционных материалов при повышенной температуре. Методы и средства их определения
1.3. Особенности напряженно-деформированного состояния
дисков турбин и методы их расчета
1.4. Методы исследования концентрации напряжений
ГЛАВА 2. Напряженно-деформированное состояние в зоне
концентрации напряжений
2.1. Аппроксимация диаграмм деформирования 3
2.2. Упругопластические деформации на контуре концентратора напряжений
2.3. Распределение упругопластических напряжений и деформаций в окрестности концентратора
2.3.1. Плоская деформация
2.3.2. Плоское напряженное состояние
2.4. Коэффициенты запаса прочности при плоской деформации
ГЛАВА 3. Длительное статическое и циклическое нагружение,
оценка долговечности и ресурса элементов конструкций
3.1. Длительная прочность
3.2. Циклическое нагружение

ГЛАВА 4. Численное моделирование радиальной турбины и оценка
ее долговечности и ресурса
4 Л. Основы метода конечных элементов
4.2. Программы конечно-элементного анализа
4.3. Пример расчета радиальной турбины
Основные выводы и результаты работы
Литература
Приложение А.

ВВЕДЕНИЕ
Одной из актуальных проблем современного машиностроения является проблема повышения долговечности и ресурса создаваемых машин и конструкций и продление ресурса по техническому состоянию уже эксплуатируемых машин. Непрерывное увеличение мощностей, скоростей, давлений, температур и других рабочих параметров машин и конструкций при одновременном снижении материало- и энергоемкости приводит к тому, что наблюдается существенный рост нагруженности конструкций и их отдельных элементов. Такой высокий уровень нагруженности зачастую приводит как к параметрическим отказам, так и к полной потере работоспособности элементов машин и конструкций. Для обеспечения работоспособности и безопасности необходимо еще на стадии проектирования привлекать к обоснованию технических решений современные методы инженерного анализа. Здесь имеются в виду не только практические приложения теоретических разработок, но и использование их в современных программных комплексах, ориентированных на применение мощных персональных компьютеров и рабочих станций.
Определение геометрических форм и размеров элементов конструкций, выбор конструкционных материалов при проектировании должны основываться на знании предельных состояний и критериев прочности для заданного характера изменения всех типов нагрузок (силы, температуры, влияние окружающей и рабочей среды и других факторов) в течение всего жизненного цикла изделия. Однако, для элементов машин и конструкций, работающих в экстремальных условиях нагружения, в зонах концентрации, в зонах действия высоких температурных и остаточных напряжений, в окрестности трещин и других дефектов, при влиянии агрессивных рабочих сред традиционно применяемые в инженерной практике расчеты прочности, основанные на определении номинальных и местных напряжений согласно классическим подходам сопротивления материалов, оказываются недостаточными и в целом ряде случаев неправомерными. Именно в указанных зонах, как показывает

1.4. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ.
Как уже отмечалось выше, достижение предельных состояний по номинальным и допускаемым напряжениям встречается крайне редко. Одним из основных факторов, определяющих прочность, ресурс и долговечность конструкций, является концентрация напряжений, то есть местное увеличение напряжений и деформаций в зонах выточек, галтелей, перепадов температур и так далее. Снижение концентрации напряжений позволяет создавать более надежные, более легкие, более экономичные и удобные в эксплуатации машины и конструкции. В связи с этим, на исследования, связанные с концентрацией напряжений, направлены усилия многих специалистов, как в нашей стране, так и за рубежом.
Работ, обобщающих накопленные сведения по концентрации напряжений, относительно немного /45, 46, 63 и др./. В этих работах систематизированы расчетные и экспериментальные данные, полученные при создании машин и конструкций в различных отраслях техники, причем коэффициенты концентрации приводятся как в виде графиков и номограмм, так и в виде расчетных формул. Следует отметить, что экспериментальное исследование проблемы концентрации напряжений является основным методом в решении этого вопроса. Одним из наиболее распространенных и наиболее разработанных является поляризационно-оптический метод исследования напряженно-деформированных состояний. Он позволяет находить поля деформаций и напряжений с применением плоских и объемных моделей из оптически активных материалов, выполненных подобными по форме и нагрузке исследуемой детали и просвечиваемых поляризованным светом. Теория и практика этого метода подробно изложены в основных трудах /1,18,42, 86, 88/. Основные достоинства метода заключаются в возможности получать поля напряжений по сечениям и внутри объема модели и вести измерения в зонах концентрации на весьма малых базах, а также с высокой точностью при простоте измерений. Вместе с тем, в каждой точке модели можно измерять лишь разности главных напряжений и их направления в