Оценка прочности и ресурса деталей пневмоударников при импульсном нагружении

• Автор: Косолапов, Дмитрий Васильевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 243 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Технические решения; исследования и расчеты деталей пневмоударников
1.1. Конструкции, условия эксплуатации и надежность деталей погружных пневмоударников
1.2. Теоретические исследования и инженерные расчеты деталей машин ударного действия для разрушения горных пород
1.3. Постановка задач исследования напряженно-деформированного состояния и совершенствования методов расчета деталей пневмоударников
2. Методические аспекты численного моделирования деформирования деталей при импульсном нагружении
2.1. Модели и уравнения механики деформируемого твердого тела в численных оценках напряженно-деформированного состояния деталей,при импульсном нагружении
2.2. Численное исследование задачи о продольном ударе по призматическому стержню
2.3. Сравнительный . анализ результатов физического и вычислительного экспериментов
2.4. Особенности конечно-элементного моделирования деталей пневмоударников
2.5. Выводы
3. Напряженно-деформированное состояние деталей
пневмоударников
3.1. Анализ принципиальных аспектов характера деформирования
3.2. Характеристика напряженно-деформированного состояния деталей при импульсном нагружении

3.3. Моделирование нестационарного НДС при ударном взаимодействии деталей
3.4. Взаимосвязь конфигурации бойка и параметров ударного импульса при ударном взаимодействии деталей
3.5. Моделирование взаимодействия бойка и коронки для обоснования рациональных параметров ударной системы
3.6. Выводы
4. Совершенствование конструкций и проектных расчетов деталей на базе численных оценок их напряженно-деформированного состояния и ресурса
4.1. Обоснование методики прогнозирования ресурса при ударноциклическом нагружении
4.2. Оценка ресурса в зонах конструктивных концентраторов напряжений
4.3. Расчетное обоснование конструктивных форм деталей
4.4. Рекомендации по совершенствованию и нормированию проектных расчётов деталей пневмоударников
4.5. Выводы
Основные результаты и выводы Литература
Приложение А. Детали погружных пневмоударников Приложение Б. Формы собственных колебаний деталей Приложение В. Интенсивность напряжений в деталях при статическом и динамическом нагружении Приложение Г. Напряженное состояние деталей при прохождении ударной волны
Приложение Д. Напряженное состояние в области геометрических особенностей («концентраторов напряжений») деталей
Приложение Е. Осциллограммы эквивалентных напряжений в коронках при соударении с бойком

Введение
Актуальность. Отсутствие государственных и отраслевых нормативных документов, регламентирующих проектные расчеты прочности и ресурса деталей пневмоударников, не позволяет получать достоверные оценки и обеспечивать требуемые значения прочности и ресурса для применяемых конструктивных решений деталей. Это приводит их к усталостному разрушению и снижению эффективности эксплуатации пневмоударников.
Детали пневмоударников как объект проектирования и расчета относятся к классу трехмерных тел сложной формы, работающих в условиях импульсного нагружения. Несмотря на многочисленные исследования ударных систем в течение нескольких десятилетий, до настоящего времени не разработаны расчетные схемы и аналитические методы расчета трехмерных тел, близких по форме к конструкциям деталей пневмоударников, позволяющие с требуемой точностью решать комплекс проектных задач расчета и обеспечения их прочности и ресурса.
Проблема заключается в том, что, несмотря на значительный объем накопленных теоретических и экспериментальных результатов об условиях нагружения, работы, причинах выхода из строя деталей пневмоударников, их проектирование остается в значительной степени эмпирическим процессом, не учитывающим сложный нестационарный характер деформирования деталей. Это не позволяет гарантировать на этапе проектирования деталей требуемые показатели их прочности и ресурса в связи с принимаемыми конструктивными решениями, проектными значениями кинематических и энергетических характеристик пневмоударников.
В связи с этим совершенствование методов расчетов деталей пневмоударников, позволяющих обеспечить требуемые значения прочности и ресурса, на базе изучения характера и особенностей их напряженно-деформированного состояния следует признать актуальной научно-технической задачей.
б) стадии развития усталостной макротрещины (в терминах [181] - «в докритической зоне»):
где [/] - предельный размер начального дефекта; 1 - размер трещины вызывающий хрупкое разрушение; Ко - значение коэффициента интенсивности напряжений от действия первичных остаточных напряжений; ці - работа пластической деформации материала, вызванная ростом коэффициента интенсивности напряжений К и снижением трещиностойкости Кс в процессе работы.
Впоследствии общий ресурс вычисляется как
Рассмотрение сущности описанной инженерной методики расчета деталей позволяет констатировать следующие факты.
1. Определение максимального динамического усилия - единственный пункт методики, который при соответствующем выборе модели соударения в какой-то степени позволяет учесть волновой характер поведения деталей. Но даже здесь фактически используется «квазистатическая идеология» расчета, поскольку его результатом является максимальное значение усилия в цикле соударения Ртах и игнорируется изменение этого усилия во времени P{t). Соответственно максимальные напряжения в зонах концентрации вычисляются для принимаемого «по умолчанию» квазистационарного напряженного состояния.
2. Использование для вычисления ресурса формул, в которых напряженное состояние учитывается единственным значением а (или зависящим от него К), фактически означает, что расчет выполняется для гармонического регулярного процесса нагружения, при котором один цикл нагружения соответствует одному соударению деталей, т.е. одному циклу работы пневмоударника.
['] Uo
(1.6)

n=nx+n2.
(1.7)