Обоснование режимов модельных испытаний на вибрацию. Диагностика и прогнозирование разрушения при циклических нагрузках

• Автор: Овчинников, Игорь Николаевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 309 с. : ил.

1 АНАЛИЗ ВИБРОПРОЧНОСТНОЙ ОТРАБОТКИ КОНСТРУКЦИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

1.1 Вибрационные нагрузки на конструкцию ЖРД

1.2 Дефекты подвесных элементов двигательных установок при эксплуатационных нагрузках

1.2.1 Дефекты элементов двигательных установок на огневых

стендовых испытаниях

1.2.2 Дефекты элементов двигательных установок на летноконструкторских испытаниях

1.3 Лабораторные вибрационные испытания ЖРД

1.4 Отработка вибропрочности элементов авиационных двигателей

1.4.1 Методы воспроизведения эксплуатационного нагружения

1.5 Лабораторные усталостные испытания элементов планера самолета

1.5.1 Эксплуатационные нагрузки на конструкцию самолета

1.5.2 Усталостные испытания элементов планера
1.6 Методы и средства испытаний на вибрацию
1.6.1 Усталостные испытания
1.6.2 Вибрационные испытания
1.6.3 Эквивалентные и ускоренные испытания
1.7 Диагностика вибронапряженного состояния и усталостного разрушения
1.8 Термоактивационный анализ процессов усталостного разрушения
1.9 Постановка задачи исследования
1.10 Выводы
2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ШИРИНЫ СПЕКТРА НА ВИБРОНАГРУЖЕННОСТЬ И
ВИБРОНАПРЯЖЕННОСТЬ ОБЪЕКТА
2.1 Режимы ЛВИ с максимальной дисперсией виброскорсти
2.2 Режимы ЛВИ с экстремальным значением параметров вибрации
2.3 Задачи эксперимента
2.4 Выводы
3 НОВЫЕ ОБРАЗЦЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ И ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ
ТЕХНИКИ. МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ
3.1 Емкостные датчики изгибных деформаций
3.2 Самовозбудитель автоколебательного режима. Экспериментальная установка
3.3 Методика экспериментального исследования
3.4 Выводы
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ШИРИНЫ И
ФОРМЫ СПЕКТРА ВИБРОВОЗДЕЙСТВИЯ НА
ВИБРОНАГРУЖЕННОСТЬ, ВИБРОНАПРЯЖЕННОСТЬ И
ДОЛГОВЕЧНОСТЬ
4.1 Исследование долговечности при расширении спектра вибровоздейтсвия в области первой собственной частоты образца
4.2 Исследование долговечности при расширении спектра вибровоздействия с одной на три первые собственные частоты образца
4.3 Исследование долговечности при расширении спектров вибровоздействия с трех первых собственных частот образца на область около трех первых собственных частот образца
4.4 Исследование долговечности при расширении сплошного спектра вибровоздействия
4.5 Влияние ширины и формы спектра вибровоздействия на вибронагруженность объекта испытаний
4.6 Зависимость долговечности образцов от потребления вибратором мощности и энергии на режимах с различной шириной спектра
4.7 Достоверность результатов усталостных испытаний
4.8 Об эквивалентности испытательных режимов с различным
спектром
4.8.1 Об эквивалентности детерминированных и случайных
режимов при вибрационных испытаниях
4.8.2 Об эквивалентности детерминированных и случайных
режимов при усталостных испытаниях
4.9 Выводы
5 ТЯЖЕЛЕЙШИЙ РЕЖИМ ПО ДОЛГОВЕЧНОСТИ ШИРОКОПОЛОСНОГО СЛУЧАЙНОГО ВИБРОНАГРУЖЕНИЯ
5.1 Моделирование случайного вибронагружения со сплошным широкополосным спектром
5.2 Обоснование существования тяжелейшего по долговечности
режима широкополосной случайной вибрации
5.3 Реализация тяжелейшего по долговечности режима нагружения
5.3.1 Определение тяжелейшего режима широкополосного случайного вибронагружения моделированием на ЭВМ
5.3.2 Экспериментальное определение тяжелейшего режима по долговечности широкополосного случайного вибронагружения
5.4 Способы испытаний на широкополосную случайную вибрацию и
их имитация
5.4.1 Вибрационные испытания на эффективной ширине спектра
5.4.2 Усталостные испытания на эффективной ширине спектра
5.4.3 Имитация испытаний на широкополосную случайную вибрацию гармоническим нагружением
5.5 Выводы
6 ДИАГНОСТИКА И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УСТАЛОСТНОГО
РАЗРУШЕНИЯ
6.1 Нагружение образца с постоянной виброскоростью
В основе современных методик оценки долговечности конструкций авиадвигателей [68, 72] по отношению к нагрузкам, вызываемым вибрационными процессами, лежит зависимость, описывающая связь между длительностью или числом циклов нагружения до разрушения и уровнем нагрузки. Такая зависимость на основе экспериментальных исследований была предложена Велером более 100 лет тому назад. Вместе с тем, в реальных условиях эксплуатации машин и механизмов, особенно подвижных объектов, наиболее характерными являются полигармонические и случайные вибрации. Так, для вертолетов и самолетов винтомоторной группы, для лопастей, гидротурбин и т.п. основной моделью вибрационного процесса является полигармоническая вибрация. Случайный характер имеют вибрации на турбореактивных двигателях.
Объем исследований по оценке выносливости образцов и конструкций при полигармоническом и случайном нагружении относительно невелик по сравнению с исследованиями при моногармоническом нагружении. Однако, полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что осознана связь предела выносливости, кривых усталости, показателей долговечности от вида нагружения, хотя результаты исследований не всегда однозначны.
При бигармоническом нагружении сопротивление усталости оказывается более низким, чем при моногармонике с амплитудой, равной сумме амплитуд составляющих бигармонического процесса при достаточно высоком соотношении частот этих составляющих [69, 70]. В то же время при небольших отношениях частот бигармоники есть результаты, свидетельствующие и о повышении долговечности [74].
Еще сложнее обстоит дело с оценкой долговечности при случайном нагружении [75, 76, 77], имеющем сплошной частотный спектр. Ситуацию усугубляет экспериментально установленный факт нелинейной зависимости между поступающей извне энергией и исчерпываемой усталостной долговечностью даже в случае моногармонического нагружения. Так, в [77] было показано, что по уравнению кривой усталости