Оценка долговечности конструкции при совместных механизмах мало- и многоцикловой усталости

• Автор: Ереев, Михаил Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 164 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
1.1. Анализ основных теоретических и экспериментальных данных по исследованию процесса разрушения конструкционных материалов (металлов и их сплавов) при совместных механизмах мало- и многоцикловой усталости
1.1.1. Физические аспекты процесса усталостного разрушения металлов
1.1.2. Кривые усталости
1.1.3. Основные факторы, влияющие на сопротивление усталостному разрушению
1.2. Модели и критерии усталостной долговечности металлов
1.3. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния (НДС) и усталостной долговечности элементов и узлов несущих конструкций
1.4. Основные выводы из обзора
2. МОДЕЛЬ МЕХАНИКИ ПОВРЕЖДЕННОЙ СРЕДЫ (МПС) ДЛЯ ОЦЕНКИ НДС И ДОЛГОВЕЧНОСТИ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ ПРИ СОВМЕСТНЫХ МЕХАНИЗМАХ МАЛО- И МНОГОЦИКЛОВОЙ УСТАЛОСТИ
2.1. Основные определяющие соотношения
2.1.1. Математическая модель термопластичности
2.1.2. Эволюционные уравнения накопления повреждений при совместных механизмах мало- и многоцикловой усталости
2.1.3. Критерий прочности поврежденного материала
2.2. Экспериментально-теоретическая методика определения материальных параметров определяющих соотношений МПС
2.3. Алгоритм интегрирования определяющих соотношений МПС по заданной истории термомеханического нагружения
3. ОЦЕНКА ДОСТОВЕРНОСТИ ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ СООТНОШЕНИЙ МПС ПРИ СОВМЕСТНЫХ МЕХАНИЗМАХ МАЛО- И МНОГОЦИКЛОВОЙ УСТАЛОСТИ
3.1. Влияние вида траектории деформирования на усталостную долговечность металлов
3.2. Численный анализ влияния суммирования повреждений на усталостную долговечность металлов
3.3. Численные исследования накопления усталостных повреждений при двухблочном циклическом нагружении
3.4. Оценка достоверности эволюционных уравнений накопления повреждений при совместных механизмах мало- и многоцикловой усталости
4. НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КИНЕТИКИ НДС И ОЦЕНКИ УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ И УЗЛОВ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ЗНАКОПЕРЕМЕННОМ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ
4.1. Общие положения
4.2. Численный анализ усталостной долговечности полосы с центральным круглым вырезом при знакопеременном циклическом нагружении
4.3. Численный анализ НДС и усталостной долговечности конструктивного узла фланцевого соединения при термосиловом нагружении
4.4. Численный анализ НДС и усталостной долговечности конструктивного узла сварного соединения крышки с патрубком при термосиловом нагружении
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Обоснованность оценки ресурса ответственных инженерных объектов (ОИО) (ядерных энергетических установок, объектов химической, газовой, нефтяной отрасли и др.) в течение длительного срока службы (40-60 лет) требует корректного учета вкладов действующих факторов в повреждение материала критических зон элементов оборудования, которые из-за специфики своего эксплуатационного нагружения определяют ресурс конструкции в целом. Поэтому при проектировании необходим тщательный анализ работоспособности элементов оборудования с выделением критических элементов и их опасных зон, вероятности их разрушения с учетом конкретных условий работы и действующих факторов, влияющих на процессы деформирования материала и деградацию его прочностных характеристик. На практике с этой целью широко используется верифицированные методики расчета кинетики напряженно-деформированного состояния (НДС), зарождения и развития дефектов. Необходимо, однако, учитывать, что в используемых расчетных методиках неизбежно имеет место некоторая неопределенность, обусловленная неполной достоверностью используемых математических моделей, условностью учитываемых технологических дефектов и др.
На практике такая неопределенность компенсируется соответствующими коэффициентами запаса прочности (консервативный подход). Но его значение в общем случае нельзя считать обоснованным. Кроме того, необходимость увеличения срока службы оборудования приводит к необходимости дополнительно увеличивать коэффициенты запаса, следствием чего является рост материалоемкости оборудования и даже отказ от более эффективных конструктивных решений.
Создание технической системы для оперативного мониторинга за ресурсом оборудования предполагает формализацию оценки поврежденности конструкционного материала опасных зон и соответствующих изменений его прочностных характеристик. Анализ фактической эксплуатационной

(1.31)
(1-32)
Функции /(Я,и) и /{Ят) имеют вид:
(1.33)
(2 - Я) • 3 • (1 - Я + Я2)0,5 - /и • (1 + Я)
/(Я,т) =
(1.34)
На рис. 1.8 представлены экспериментальные и расчетные кривые усталости для ст. 1018, полученные при четырех значениях Я: -1, 0, 1/2, 1, которые иллюстрируют влияние двухосности нагружения на кривую малоцикловой усталости и адекватности формулы (1.30). Характерной особенностью является снижение долговечности при чистом кручении (Я = -1) по сравнению с растяжением-сжатием (Я =0) для больших долговечностей
(N у >105), характерных для многоцикловой усталости. Когда Я > 0, кривые
усталости ниже по сравнению с одноосной кривой и приближаются к одноосной кривой в области многоцикловой усталости. То есть, влияние вида напряженно-деформированного состояния в области малоцикловой усталости гораздо существеннее, чем в области многоцикловой усталости. Авторы так же делают вывод, что значение т =0,7 является наиболее оптимальным.

10* Ю! 10к 105 10 е