Прогнозирование долговечности конструкционных материалов и технических объектов при регулярном и нерегулярном циклическом нагружении

• Автор: Седов, Александр Александрович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Содержание
Введение

1. ОЦЕНКА РЕСУРСА МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ПРИ ПЕРЕМЕННОМ НАГРУЖЕНИИ

1Л Физические основы усталостного процесса

1.2 Критерии описания усталостного процесса

1.3 Модели повреждения технических объектов

1.4 Моделирование эксплуатационной нагруженности технических объектов

1.4.1 Эксплуатационная нагруженность различных техничесшгх объектов

1.4.2 Блочное нагружение

1.4.3 Стандартные спектры нагружения

Выводы по Главе

2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ .
2.1 Выбор материала для исследования
2.2 Методические возможности сервогидравлической машины В188-100кЫ
2.3 Оценка неупругости материала по развитию петель механического гистерезиса
2.4 Программное обеспечение, используемое в исследовании
Выводы по Г лаве
3 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ МАТЕРИАЛА ПРИ РЕГУЛЯРНОМ И НЕРЕГУЛЯРНОМ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ
3.1 Функциональная схема прогнозирования долговечности при нестационарном нагружении
3.2 Оценка долговечности стали при блочном нагружении
3.3 Моделирование повреждаемости стали при случайном нагружении по деградационным моделям
3.4. Формирование спектра нагружения на основе динамической модели технического объекта
3.5 Сравшггельная оценка долговечности стали при случайном нагружении и по различным моделям повреждаемости
3.6 Оценка вклада различных долей спектра на накопление повреждений по различным моделям

Выводы по Главе
4 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ КОНСТРУКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА ПРИ ПЕРЕМЕННОМ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ
4Л Факторы, влияющие на долговечность конструктивных элементов при переменном нагружении
4.2 Общие подходы к оценке локальных напряжений и деформаций в деталях с концентраторами напряжений при циклическом нагружении
4.3 Анализ повреждаемости в условиях концентрации напряжений при случайном нагружении по различным моделям суммирования повреждений
4.4 Моделирование повреждаемости конструктивных элементов при случайном внешнем воздействии
4.4.1 Описание методики расчетов повреждаемости с помощью МКЭ
4.4.2 Моделирование повреждаемости конструктивного элемента
4.4.3 Прогнозирование усталостного ресурса конструктивного элемента на основе динамической модели технического объекта при случайном нагружении
Выводы по Главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
Список источников

Введение
Актуальность темы исследования. В машиностроении есть проблемы, которые остаются актуальными вне зависимости от уровня его развития. Одна из них - проблема надёжности и долговечности. На каждом витке развития техники она возникает в новом виде, заявляет о себе гораздо настойчивее, чем прежде, требует все больших усилий и затрат для её решения.
Большое число технических объектов в условиях эксплуатации испытывают переменные нагрузки, на которые могут накладываться другие неблагоприятные явления, такие как температура, коррозия, старение металлов. Усталость металлов при переменном нагружении - сложное явление, связанное с проявлением различных механизмов повреждаемости на разных его стадиях и разрушения в зависимости от характера внешнего силового воздействия. Предельное состояние формируется постепенным накоплением в материале деталей рассеянных повреждений, связанных с изменением механических свойств и деградацией структуры сплавов, приводящих к зарождению микро- и макротрещин. Часто зародыши и очаги таких трещин могут содержаться в элементе до начала его работы. Разрушение наступает тогда, когда макротрещина в структуре металла достигает критических размеров. Попытка рассматривать и моделировать усталость металлов как процесс развития субмикро-, микро- и макротрещин пока не имеет успеха из-за сложности физических аспектов развития усталости на стадии рассеянных повреждений. В настоящее время возобладает концепция рассмотрения процесса усталости как процесса, состоящего из двух стадий: накопления рассеянных повреждений и роста усталостных макротрещин. На стадии рассеянных повреждений получили развитие модели повреждаемости феноменологического и полуфеноменологического типа на основе деформационного и энергетического подходов. На стадии роста трещин используют линейную и нелинейную механику разрушения. Эта стадия в зависимости от геометрических, конструктивных факторов, вида напряженного состояния может занимать от 10 до 30% общего ресурса конструктивного

поврежденность В, соответствующую относительному числу циклов нагружения пМ. Далее образец нагружается переменным напряжением 02 до разрушения, получая повреждение на 2-й ступени нагружения /Д, равное относительной долговечности П2^2. Тогда получим
^Г+^Г-1' (1.27)
Если модель суммирования усталостных повреждений выполняется, то соответствие относительных долговечностей «,=«,/ И «2 = пг / Л/2 определялось бы диагональной линией 1 (рис. 1.2).
П2/Л/
1 ^ 2 х3
кО-.
О 0,5 1 П1/Л/
Рисунок 1.2 — Различные виды зависимости остаточной долговечности от предварительного нагружения: 1 - по линейной гипотезе; 2 - экспериментальные данные при О] > 02; 3 - то же при О] <
Однако многочисленные экспериментальные данные разных авторов для различных конструкционных материалов [92-95] показывают, что при перегрузочном режиме нагружения а, > а, эти зависимости могут определяться кривой 2, а при недогрузочных - кривой 3. В этом проявляется влияние истории нагружения на накопление повреждений. В общем случае, при минимальном числе входных параметров, усталостное повреждение характеризуется уравнением:
^ = /(0,о,ид), (1.28)

где 1Э - уровень текущего повреждения, а - напряжение, п - текущее число циклов, д - структурно-чувствительный параметр, определяющий характер темпа поврежденности.