Развитие научных и методологических принципов конструирования элементов механических систем на основе структурно-энергетической теории прочности материалов

• Автор: Анцупов, Александр Викторович
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 371 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1. ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ МАШИН НА СТАДИИ ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКОЙ РАЗРАБОТКИ
1.1. Регламентируемые виды мероприятий по отработке изделий на надежность на стадии разработки
1.2. Методика проектного расчета экономического показателя надежности машины при оценке ее эффективности и качества
1.3. Научные основы и анализ современных моделей проектных отказов нагруженных элементов механических систем
1.3.1. Общие принципы построения феноменологических моделей отказов деталей машин по предельным критериям прочности на стадии конструирования

1.3.2. Надежность элементов при статическом режиме нагружения

1.3.3. Проектная оценка надежности элементов по критериям малоцикловой усталости

1.3.4. Проектные расчеты показателей надежности элементов по критерию многоцикловой усталости
1.3.5. Модели отказов деталей машин по критериям фрикционной усталости материалов при трении
1.3.6. Проблемы проектной оценки надежности деталей по предельным критериям прочности на стадии конструирования машин
1.4. Кинетический подход к проблеме повреждаемости и разрушения материалов и энергетические теории прочности
1.4.1. Сущность и основное содержание кинетического подхода к проблеме разрушения конструкционных материалов
1.4.2. Термодинамическая теория прочности твердых тел
1.5. Методы по обеспечению надежности элементов механических систем и проблемы их выбора на стадии конструирования
1.6. Выводы, цель и задачи исследований

2. НАУЧНЫЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПО КРИТЕРИЯМ КИНЕТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ
2.1. Методологические основы проектной оценки надежности технических объектов на стадии конструкторской разработки
2.1.1. Математическая формализация базовых понятий теории надежности
2.1.2. Общая концепция построения физико-вероятностных моделей параметрических отказов элементов механических систем
2.1.3. Методология постановки краевых задач для проектной оценки безотказности и долговечности нагруженных элементов
2.2. Научные основы проектных исследований кинетики разрушения материалов элементов механических систем
2.2.1. Физическая модель процесса разрушения материалов в поле внешних сил
2.2.1.1. Структурная модель материала
2.2.1.2. Механизм повреждаемости и разрушения структуры материалов
2.2.1.3. Структурно-энергетическая интерпретация процесса
2.2.1.4. Термодинамическое условие разрушения материалов
2.2.2. Кинетическое уравнение повреждаемости материалов элементов механических систем
2.3. Постановка и решение краевых задач проектной оценки надежности элементов в условиях объемного нагружения
2.3.1. Методология построения физико-вероятностных моделей отказов по критериям объемной прочности
2.3.2. Краевая задача для проектной оценки надежности элементов в условиях стационарного объемного нагружения
2.3.3. Методика конструирования деталей машин с требуемым уровнем безотказности и долговечности по критериям объемной прочности.
2.4. Постановка и решение краевых задач проектной оценки надежности элементов в условиях поверхностного нагружения (внешнего трения)
2.4.1. Особенности методологии построения физико-вероятностных моделей проектных отказов деталей узлов трения
2.4.2. Постановка и решение краевых задач для проектной оценки надежности элементов фрикционных сопряжений
2.4.2.1. Физическая модель (механизм) усталостного разрушения
поверхностных слоев
2.4.2.2. Энерго-механическая концепция усталостного поверхностного разрушения элементов сопряжений
2.4.2.3. Вывод кинетического уравнения повреждаемости деталей узлов трения на основе энерго-механического подхода
2.4.2.4. Постановка краевой задачи теории надежности элементов «стационарных» сопряжений
2.4.2.5. Методика конструирования элементов узлов трения с требуемым уровнем безотказности и долговечности
2.5. Выводы по второму разделу
3. ВЕРИФИКАЦИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ДОЛГОВЕЧНОСТИ СТАНДАРТНЫХ ОБРАЗЦОВ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ
3.1. Исследование повреждаемости и долговечности образцов в условиях одноосного растяжения
3.1.1 Экспериментальное определение скорости повреждаемости и ресурса образцов по результатам испытаний на растяжение
3.1.2. Теоретическая оценка моментов отказа образцов при их растяжении на разрывной машине
3.1.3. Сравнение экспериментальных и теоретических результатов для оценки адекватности расчетной методики
3.2. Достоверность проектной оценки долговечности образцов по критериям усталостной прочности

различные критерии прочности (работоспособности) конструкционных материалов, представлен в следующем подразделе диссертации.
1.3. Научные основы и анализ современных моделей проектных отказов нагруженных элементов механических систем
Понятие прочности в общей формулировке как свойство материалов, не разрушаясь, оказывать сопротивление действию внешних нагрузок (или как свойство детали из данного материала сохранять работоспособность) не связано с конкретными физическими параметрами и видом внешнего нагружения. Высокая устойчивость (стойкость, работоспособность) одним воздействиям не означает высокую устойчивость (стойкость, работоспособность) другим и для каждого конкретного вида нагружения определяется своим термином:
- при постоянном или переменном режиме нагружения - статическая или усталостная прочность;
- при трении - поверхностная прочность (износостойкость);
- при тепловых внешних воздействиях - теплостойкость и т.д.
Поэтому при расчетной оценке надежности нагруженных элементов конструкции машин обязательно уточняют вид параметра (критерия), по которому определяют показатели безотказности и долговечности исследуемого элемента, например, оценка надежности по параметру (критерию) объемной статической или усталостной прочности, поверхностной прочности (износостойкости), теплостойкости; жесткости; жаростойкости; коррозионной стойкости и т.д.
1.3.1. Общие принципы построения феноменологических моделей отказов деталей машин по предельным критериям прочности на стадии
конструирования
В настоящее время на основе обобщения многочисленных результатов эмпирических исследований разработано множество статистических моделей, позволяющих конструктору на стадии технического проектирования оценивать вероятность безотказной работы и прогнозировать ресурс деталей машин и