Методика прогнозирования работоспособности сложно нагруженных машиностроительных конструкций

• Автор: Ельчанинов, Григорий Сергеевич
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 174 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1. ПОСТАНОВКА ВОПРОСА. ФОРМУЛИРОВКА ЦЕЛИ, ЗАДАЧ И МЕТОДОЛОГИИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Анализ состояния и методы повышения надёжности сложно нагруженных машиностроительных конструкций
1.2. Обзор методов оценки прочности и прогнозирования ресурса сварных соединений машиностроительных конструкций

1.3. Методы неразрушающего контроля прочности

сварных соединений

1.4. Микромеханическая модель разрушения гетерогенных материалов - методологическая основа исследований
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ СЛОЖНО НАГРУЖЕННЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ЕГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ
2.1 Неоднородность прочностного состояния и её влияние на прогнозируемость разрушения
2.2. Моделирование процесса разрушения сварных соединений металлоконструкций в условиях прочностной неоднородности 72 '
2.3. Оценка влияния прочностной неоднородности материала
на параметры модели процесса разрушения
Заключение по главе

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СЛОЖНО НАГРУЖЕННЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
И АНАЛИЗ ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1. Методика экспериментальных исследований
3.2. Анализ результатов исследований
3.3 Диагностические признаки прочностного состояния и формулы
оценки ресурса сложно нагруженных сварных соединений
Заключение по гл
4.СТЕНДОВЫЕ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ СЛОЖНО НАГРУЖЕННЫХ СВАРНЫХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ
4.1. Анализ прочностного состояния сварных соединений сложно нагруженных металлоконструкций и методов его оценки
4.2 Анализ результатов стендовых испытания модели
мостового крана
4.3 Проведение натурных исследований и анализ их результатов
5. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ СЛОЖНО НАГРУЖЕННЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ
5.1 .Методика оценки ресурса сложных металлоконструкций
5.2. Примеры реализации методики
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Надёжность сложных крупногабаритных машин в основном определяется сроком службы их металлоконструкций, доля которых в общей массе, например, для подъёмно-транспортных машин (ПТМ), составляет порядка 80%. Наиболее распространёнными местами разрушения конструкций являются различные зоны вокруг сварных швов, лимитирующих ресурс включающих их элементов, повреждаясь под длительным действием силовых и коррозионных факторов. Статическая неопределимость сложных машиностроительных конструкций, неоднородность структуры и напряжённо-деформированного состояния соединений, нерегулярность характера действующих нагрузок и коррозионного воздействия, скрытость повреждений, полученных в результате длительной эксплуатации, приводят к неопределённости состояния и актуальности разработок по повышению точности оценки показателей их надёжности.
Для решения проблемы перспективным представляется подход, основанный на моделировании процесса накопления повреждений и возможности определения параметров модели на основе наблюдения за разрушением соединения непосредственно на металлоконструкции.
Цель работы состояла в разработке методики прогнозирования работоспособности сложно нагруженных машиностроительных конструкций в условиях неопределённости их структуры и напряжённого состояния на основе экспресс - наблюдения за процессом разрушения с помощью метода акустической эмиссии.
Задачи исследований
1. Анализ подходов к оценке прочности и ресурса машиностроительных конструкций в условиях неопределённости их структуры и напряжённо-деформированного состояния, обоснование методологии исследований;
2. Формулировка критерия прочностной неоднородности и определение его количественного показателя на основе моделирования процесса разрушения,

сопряжения элементов, размеров вырезов, галтелей, технологических дефектов. На стадии роста трещины, помимо рассеяния характеристик трещиностой-кости, доминирующее влияние на статистическое распределение ресурса оказывает рассеяние размеров исходных макротрещин, их формы и ориентации, нерегулярность силовых, температурных и коррозионных воздействий.
Кроме того, визуальное выявление дефектов не всегда возможно. Например, при визуальном осмотре сварных соединений металлоконструкций подъёмно-транспортных машин могут быть пропущены трещины длиной 100-400 мм. Кроме того, из-за большого радиуса кривизны поверхности трещины (>0,01 мм), малого размера дефектов сварных соединений, специфики условий деформации и разрушения в ближайшей к трещине области 1 материала с трещиной (рис.1.4), размер которой в 5+10 раз превышает размер структурного элемента, подходы к оценке прочности с позиций механики разрушения не всегда себя оправдывают, о чём неоднократно указывалось [39, 104].
Анализ подходов к оценке прочности материала с трещиной показал, что наиболее универсальными здесь являются микромеханические модели зарождения и роста усталостной трещины, базирующиеся на учёте структуры и мик-ромеханических закономерностей процесса разрушения возле дефекта или вершины усталостной трещины. Так в работе [31] скорость роста трещины описывается выражением
—-А>_ехр(_ Еж. -Хм. ‘аАЕц=I с (112)
<тц соц ят Л > (1Л2)
где Ам, им, Ум-константы материала, Я-универсальная газовая постоянная, Т-температура, (Вы - частота нагружения, 1А- увеличение длины трещины после каждого инкубационного периода (не зависит от числа циклов), С’- скорость образования микротрещин вблизи вершины. Такие модели связывают кинетическую концепцию разрушения с подходом механики сплошной среды через коэффициент интенсивности напряжений [81].
Кинетическая концепция прочности является физической получения информации и эффективно используется для решения проблемы прог-