Прогнозирование начальной стадии усталостного разрушения судовых гребных валов

• Автор: Чура, Михаил Николаевич
• Шифр специальности: 05.08.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новороссийск
• Количество страниц: 131 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Литературный обзор

1.1 Эксплуатационные повреждения гребных валов

1.2 Стадийность процесса усталостного разрушения

1.3 Прогнозирование кинетики малых трещин

1.3.1 Критерии механики рассеянных повреждений

1.3.2 Энергетические критерии, основанные на параметре рассеянной энергии

1.3.3 Критерии, использующие подходы механики разрушения

1.4 Методики расчета гребных валов

1.5 Выводы по результатам обзора

2 Результаты экспериментальных исследований
2.1 Методика проведения испытаний
2.1.1 Испытательные машины
2.1.2 Вспомогательное оборудование
2.1.3 Образцы для проведения испытаний
2.2 Результаты испытаний
2.2.1 Анализ микроструктуры материала
2.2.2 Результаты статических испытаний образцов
2.2.3 Результаты усталостных испытаний образцов
2.2.4 Кинетика малых трещин
3 Моделирование стадии роста малой трещины
3.1 Базовые положения феноменологической модели
3.2 Математическая модель роста малой трещины
3.3 Методика прогнозирования долговечности вала с трещиной
4 Прогнозирование долговечности гребных валов
4.1 Анализ напряженно-деформированного состояния гребного вала

4.1.1 Определение сил, приложенных к гребному валу
4.1.2 Расчет напряженно-деформированного состояния вала
4.2 Определение возможных мест зарождения трещин
4.2.1 Трещины в районе кромки кормовой облицовки гребного вала
4.2.2 Трещины в районе конуса посадки гребного винта на вал
4.2.3 Трещины в районе шпоночного паза
4.3 Расчет гребного вала т/х «Волгонефть» пр. 1557/550А
4.3.1 Расчет продолжительности начальной стадии усталостного разрушения гребного вала
4.3.2 Сравнение полученных результатов с фактическими данными 101 Заключение
Литература
Приложения
Приложение 1 Протокол химического анализа стали
Приложение 2 Эскизы испытательных образцов
Приложение 3 Протоколы испытаний УММ
Приложение 4 Сводный протокол испытаний МУИ (на воздухе)
Приложение 5 Статистическая обработка результатов испытаний
Приложение 6 Сводный протокол испытаний МУИ (в морской воде)
Приложение 7 Распределение главных напряжений по поверхности гребного вала по результатам расчета методом конечных элементов
Приложение 8 Акты внедрения результатов работы

Введение
Опыт эксплуатации конструкций различного назначения; в том: числе морских и речных судов, показывает, что их надежность в эксплуатации в существенной степени зависит от прочности, и-долговечности конструктивных элементов. Известно, что подавляющее: большинство конструктивных элементовшри эксплуатации воспринимают переменные во времени; нагрузки, которые’являются: основным условием возникновения; и:развитиягустало-стного разрушения. Эю в полной степени;относится.к.судовым гребным валам; тем более что в;этом случае процессусталостного разрушенияшроисхо-дит при одновременном: воздействии; на вал поверхностно-активной? среды -морской или; пресной? воды. Выявленные: причины; повреждений гребных валов-показывают, что-большая;часть повреждений (более 60% случаев) явились следствием усталости и коррозионной усталости гребных валов.
Существующая! тенденция- к увеличению мощности энергетических установок,. применяемых, на транспортных судах, повышает риск усталостных разрушений пропульсивного комплекса судна и гребного вала, в частности. Восстановление, ремонт и замена этих элементов, особенно подводной части судна, производят только после вывода судна из1 эксплуатации: Поэтому вопросы; прогнозирования? технического состояния- таких элементов; играют важную;роль в процессе эксплуатации; судна:и снижении непроизводственных затрат; судовладельца; связанных с простоем судна.
В настоящее время известны, методики, прогнозирования;роста усталостных макротрещин.. В: тоже время; процесс, зарождения и распространения малых усталостных трещин освещен в литературе недостаточно полно; несмотря на ТО; что именно на эту стадию приходится значительная .доля полной долговечности конструктивных элементов. Прогнозирование процессов зарождения? и развития малых трещин важно еще и потому, что трещина на этой стадии имеет размеры порядка нескольких зерен? микроструктуры материала и находится на грани возможности обнаружения? методами промыш-

Germanischer Lloyd (Г ермания) drp =113,04JP/n
The Américain bureau of shipping (США) Ш drp = 101,45X1 P/n + ° rp y 100
Bureau Veritas (Франция) Щ drp - 112,863/P/« + D rp y 100
Det Norske Veritas (Норвегия) 11 drp = 115 ijp/n
Registre italiano, navale ed aeronautico (Италия) drp= 11 AjPln + D rP ^ ' 100
Tei kokukaij i kyo kai (Япония) IШ) drp =108,23^/p/h+ D rp y ' 100
При проектировании к расчетному диаметру прибавляют припуски (5 -10 мм) на механическую обработку при ремонтах. Различие коэффициентов объясняется различной степенью учета прочностных характеристик. При проведении расчетов использовались данные по т/х «Волганефть» пр. 1557/550А с двигателем 8ЫУ048Аи (с мощностью 736 кВт / 1000 л.с.) с минимальным диаметром гребного вала 170 мм. При этом расчет ГВ на усталость правилами РМРС не предусмотрен. Данный расчет при проектировании регламентируется РД 5.4307-79 «Валопроводы судовые. Правила и нормы проектирования». Проверка усталостной прочности проводится по наибольшей длительно действующей нагрузке, при этом ГВ рассматривается как консоль в условиях циклического нагружения от изгиба и скручивающих напряжений. Условие усталостной прочности ГВ имеет вид:
. <т_„
С7э ~к^’ (1-37)
где оэ — эквивалентные напряжения в материале гребного вала у кормовой дейдвудной опоры; «т.ц — напряжение, соответствующее пределу выносливости материала; - коэффициент запаса, принимается по РД 5.4307-79.
Эквивалентное напряжение можно определить по формуле:
°э = +°‘а +а2т1 (1.38)