Прогнозирование прочности и долговечности конструкционных материалов с учетом частоты циклического нагружения

• Автор: Мыльников, Владимир Викторович
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Введение

ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1овсрхпостный слой и накопление его повреждений

1.2 О зарождении трещин на поверхности

1.3 Параметры оценки сопротивления усталости материалов.

1.4 Влияние частоты приложения нагрузки на сопротивления усталости материалов

1. влиянии частоты циклов нагружения на показатели сопротивления

усталости

1.6 Задачи исследования. Программа работы.

ГЛАВА 2. Методика проведения исследований.

2.1 Выбор материала и образцов

2.2 Конструкции и принцип работы установок для испытаний материалов на усталость.
2.3 Подготовка образцов и проведение исследований микроструктуры.
2.4 Методика обработки экспериментальных данных. Точность
эксперимента
ГЛАВА 3. Исследования характеристик сопротивления усталости конструкционных материалов
3.1 Исследования кривых усталости металлов и сплавов при разной частоте циклической нагрузки. Изменение микроструктуры поверхности
3.2 Связь частоты циклов нагружения с повреждаемостью поверхности. ГЛАВА 4.Экспериментальные зависимости параметров сопротивления материалов от исследуемых факторов
4.1 Анализ зависимости параметров сопротивления усталости от частоты циклов нагружения.
4.2 Ускоренный прогноз параметров сопротивления усталости.
4.3 Параметры для выполнения прогноза кривых усталости деталей но
повреждаемости поверхности материалов.
ГЛАВА 5. Практическое применение результатов исследования
5.1 Описание взлтнопосадочного устройства самолта.
5.2. Прогнозирование кривых усталости натурных деталей шасси самолта.
Общие выводы.
С писок литературы.
Приложение.
ВВЕДЕНИЕ
В общем машиностроении уделяется большое внимание вопросам прочности, надежности и долговечности механического оборудования при проектировании и изготовлении металлоемких конструкций.
Проблема прочности, долговечности и надежности промышленного оборудования и конструкций одна из самых важных проблем современного машиностроения. Можно констатировать, что к настоящему времени разработаны расчетные методы оценки прочности, надежности и долговечности натурного оборудования и конструкций. Однако детали машин и элементов конструкций разрушаются и большинство разрушений носит усталостный характер. Это связано с тем, что в расчеты вводятся механические характеристики без учета взаимообусловленного влияния различных факторов. В настоящее время не удается предвидеть всех сложных физических явлений, происходящих в материале деталей машин и конструкций. Стало быть, задача, касающаяся изучения природы сопротивления усталости деталей оборудования и конструкций, весьма важная и имеет новизну. Она тем более важна, если удастся, обосновать физически расчеты на прочность промышленного оборудования и конструкций.
Прежде, чем решать вопросы прочности и долговечности оборудования, необходимо выявить слабые места, т.е. проверить тс детали и узлы, которые разрушаются в условиях работы и установить причины разрушения.
На прочность и долговечность материалов и деталей влияет большое количество факторов природа металла, температура, масштабный эффект, концентрация напряжений, асимметрия циклического нагружения, частота циклов и другие. Существенным является изучение вопроса изменения прочности и долговечности металлов и сплавов под влиянием фактора частоты циклов. Влияние частоты циклов нагружения со неразрывно связано с поверхностными эффектами, происходящими в образцах деталях, связь которых с показателями сопротивления усталости материалов является
сложной, что затрудняет получение закономерностей, позволяющих прогнозировать долговечность деталей машин.
Значительный интерес представляет изменение структуры металла под влиянием фактора частоты циклического нагружения. Под изменением структуры подразумевается образование широких полос скольжения при деформации образцов деталей. Все изложенное позволяет получать новые характеристики, определяющие прочность и долговечность образцов деталей.
Актуальность


Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пята глав, общих выводов, списка используемой литературы 5 наименований, приложения. Работа содержит 9 листов машинописного текста, в том тесле рисунка, 4 таблицы. В приложение включены документы, подтверждающие практическое использование результатов работы на предприятиях г. Н. Новгорода НО АО Г идромаш. ГЛАВА 1. Металлическое твердое тело можно рассматривать как объем, состоящий из положительных ионов, погруженных в среду, образованную коллективизированными электронами. Энергия связи атома металла с любым соседним примерно одинакова. Свободные электроны, находящиеся между ионами, как бы стягивают их, стремясь уравновесить силы отталкивания между одноименно заряженными ионами. При достижении такого расстояния между ионами, когда силы притяжения уравновешиваются силами отталкивания, решетка становится устойчивой. В результате такого строения решетки металлическая связь не имеет направленного характера воздействия и очень слабо меняется при весьма больших смещениях атомов относительно друг друга. Поэтому возможны весьма большие смещения одних частей решетки относительно других, что и определяет высокую степень пластичности металлических кристаллов 1. Окружение атома или частицы, находящейся на поверхности объекта, имеет значительно более низкую симметрию по сравнению с атомом внутри тела вследствие неуравновешенности со стороны окружающей среды. Маделунгом 2 было показано, что ионы, расположенные на поверхности, смещены по отношению к положениям, которые они занимают внутри кристалла. Это явление было названо релаксацией кристаллической решетки. Она наблюдается в металлических и неметаллических материалах. Такая релаксация обусловливается требованием равновесия частиц тела. Наличие релаксации подтверждено экспериментально 3. Браунбек, ЛенардДжонс, Дент и Фервей в своих работах констатируют, что релаксация решетки происходит в поверхностном слое атомов. Исследования авторов касались ионных кристаллов. В работе Маделунга показано, что величина смещения периода решетки убывает экспоненциально с глубиной слоя в кристалле. МакРен и Колдуэлл 9, исследуя кристаллы методом дифракции медленных электронов, наблюдали удвоение периода чередования атомных слоев в направлении, перпендикулярном поверхности. Шаттлворт для кристаллов инертных газов рассчитал, что происходит относительное увеличение расстояния между первой и второй от поверхности плоскостями на 2,5. Альдер и сотрудники нашли, что расстояния между атомными слоями убывают обратно пропорционально кубу расстояния от поверхности. В металлах эффект релаксации поверхностных слоев атомов теоретически доказывался в работах . МакРей и Жермер подтвердили этот эффект экспериментально методом дифракции медленных электронов. В связи с этим можно представить следующую картину выделим условно бесконечно малые элементы в теле цилиндрического образца рис. Они находятся в равновесии под действием тангенциальных и радиальных сил Тс п Пс, которые возникают вследствие наличия соседства элементов. Следует обратить внимание на то, что у элемента Мт слева в горизонтальном направлении соседи отсутствуют. Радиальная сила Пс слева от этого элемента в идеализированном состоянии стремится к нулю. Но поскольку тело, состоящее из бесконечно большого количества элементов должно находиться в равновесии, то левая радиальная сила Пс уравновесится правой силой Пс. Это произойдет при уравновешенных расстояниях между элементами твердого тела. Чем глубже внутрь кристалла, гем легче происходит уравновешивание сил Пс и тем плотнее располагаются элементы 2, 3, . Аналогичную картину можно проследить не только по направлению Я, но в любом другом направлении. На рис. Я условная граница поверхностного слоя. Авторы , показали на кристаллах кремния существование градиента плотности дислокации по поперечному размеру от поверхности вглубь образца. Кроме того, те же авторы установили возможность особенностей атомноэлектронной структуры поверхности в сравнении с объемом кристалла.