Пек - тверда маса чорного кольору, що залишається від перегонки кам’яного вугілля, торф’яного та деревного дьогтю. Графік масштабованої густини ймовірності пошкоджень робочих елементів інструменту згідно з правилом лінійного та нелінійного додавання.
При низкой оригинальности работы "Пошкодження робочих елементів інструменту, пов’язаних із пластичним деформуванням затверділих органічних речовин", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2014, № 5 (53) ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА РЕМОНТ ЗАСОБІВ ТРАНСПОРТУ «Рухомий склад і колія», Львівська філія Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В.Найбільша частина вантажних перевезень в Україні здійснюється залізничним транспортом. Незважаючи на щорічне зменшення обсягів вантажних перевезень, вагомий внесок при транспортуванні вантажів належить перевозкам у цистернах. Сучасні уявлення про накопичення втомних пошкоджень в деталях рухомого складу залізничного транспорту ґрунтуються на моделях, які оцінюють довговічність металевих систем, залежно від умов навантажень. Ці моделі дозволяють з достатнім рівнем точності виконувати оцінку знеміцнення металевих систем в умовах багатоциклової втоми та за наявності пружних деформацій. З використанням сучасних підходів механіки деформованого твердого тіла було виконано аналіз впливу параметрів будови органічних речовин на довговічність високонавантажених елементів конструкцій.Найбільша частина вантажних перевезень в Україні здійснюється залізничним транспортом. Незважаючи на щорічне зменшення обсягів вантажних перевезень, вагоме значення під час транспортування вантажів належить перевозен-ням у цистернах. Можливість постійного ознайомлення та обговорення варіантів конструктивних і технічних рішень, що дозволяють підвищити показники єфективності перевезень речовин в залізничних цистернах, надається вченим на сторінках наукового журналу «Наука та прогрес транспорту» [3, 6]. До виконання досліджень і роботи над цією статтею спонукав аналіз кількості залишків у залізничних цистернах застиглих органічних вантажів (рідкий пек, рідка сірка, капролактам, паста сульфонола, суперфосфорна кислота, оле- Для виконання досліджень був вибраний матеріал пек, який після вивантаження рідкого пеку, залишався у цистерні у вигляді застиглого пеку, що підлягав видаленню, яке на практиці здійснювалось на промивально-пропарювальній станції (ППС) вагонного депо.Автором досліджено вплив особливостей втомних навантажень на довговічність конструкції. Отримані результати свідчать про зниження розрахунковоїоцінкидовговічності на (10…15) %. де індексом L позначені результати, які ґрунтуються на основі правила лінійного додавання та отримані при d = 0 [1]. Отримані результати в той же час свідчать про зростання пошкоджень, які вносяться циклами із малими амплітудами напружень, із-за нелінійного ефекту взаємодії робочого елементу інструменту з органічним матеріалом. Цикли з амплітудою вище 5? можуть викликати дуже значні пошкодження; однак такі цикли, якщо і виникають, то дуже рідко. Цикли з амплітудою менше 2? виникають до-волі часто, однак будь-яких значних пошкоджень не спричиняють.В результаті виконаного дослідження було встановлено, що існують способи очистки цистерн від залишків застиглих органічних вантажів, які перед повторним завантаженням необхідно видалити із порожнин котлів цистерн.
Вывод
Автором досліджено вплив особливостей втомних навантажень на довговічність конструкції.
Розглянемо як приклад такі параметри. Нехай задано: ?f = 1 152 МПА; ? = 9,65; d = - 0,207.
Визначимо NM / NL при l = 3, 5 і 7 та побудуємо графіки G(S)M і G(S)L при l = 5.
Розрахунки виконуються згідно з наведеними виразами (12)…(22), результати яких подають: l NM / NL 3 0,97 5 0,90 7 0,85
Отримані результати свідчать про зниження розрахунковоїоцінкидовговічності на (10…15) %.
де індексом L позначені результати, які ґрунтуються на основі правила лінійного додавання та отримані при d = 0 [1].
Для очікуваної (середньої) довговічності NL отримуємо:
S S / Sm G(S)M / G(S)L ? 0,2 1,40
2? 0,4 1,21
3? 0,6 1,11
NL = HL ??? , (18) 4? 0,8 1,05
? ??1 ?/2 l2 /2 ? ?
M M . (19) L L ? ?1 /2 d/2 l /2 ??
( )
( )
( )
( )
/2
2
1 d
N H
N H l
?
? ?
? ?
? ?
= =
? ?
? ?
? ?
? ? ? ?
? ?
Згідно з виразами (6) та (11)
NM ?G(S)M DS =1, (20) 0
?
Doi 10.15802/stp20trial461
5? 1,0 1,00
Отримані результати в той же час свідчать про зростання пошкоджень, які вносяться циклами із малими амплітудами напружень, із-за нелінійного ефекту взаємодії робочого елементу інструменту з органічним матеріалом.
На рис. 1 наведені масштабовані густини ймовірностей пошкоджуваностей, визначені
Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2014, № 5 (53)
ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА РЕМОНТ ЗАСОБІВ ТРАНСПОРТУ
правилами лінійного та нелінійного додавання. Зауважимо, що найбільше пошкоджень виникають циклами напружень з амплітудою від 2? до 5? . Цикли з амплітудою вище 5? можуть викликати дуже значні пошкодження; однак такі цикли, якщо і виникають, то дуже рідко. Цикли з амплітудою менше 2? виникають до-волі часто, однак будь-яких значних пошкоджень не спричиняють. Максимум пошкоджень у наведеному прикладі припадає на цикли з амплітудою 3,23? .
Рис. 1. Масштабована густина ймовірності пошкоджень згідно з правилом лінійного та нелінійного додавання
Fig. 1. Scalable density of damage probability according to the rules of linear and nonlinear addition
Таким чином, на прикладі цієї моделі було розраховано довговічність стомлюваністю, яка згідно з уточненою оцінкою виявилась зниженою на (10…15) %. Зниження на 10 % відповідає максимальній амплітуді напруження 5? , а зниження на 15 % - максимальній амплітуді 7?.
Криві напруження - довговічність експлуатації в логарифмічних координатах мають однаковий кутовий коефіцієнт.
Густина ймовірності пошкоджень ілюструє вплив нелінійної взаємодії на різних рівнях взаємодії; найбільше підвищення рівня руйнування за рахунок цього ефекту спостерігається в області малих амплітуд напруження. Основна частина пошкоджень утворюється циклами напружень з амплітудою від 2? до 5? .
Побудована математична модель дозволяє оцінювати довговічність робочих інструментів, що використовуються під час очищення затверділих органічних вантажів залізничних цистерн.
Doi 10.15802/stp2014/30461
Наукова новизна та практична значимість
У виконаному автором дослідженні було аналітично наведено, що параметри знеміцнення металевих систем повязані з кінетикою втомних пошкоджень, що накопичуються у металевих конструкціях під час зовнішніх навантажень. Запропоновані автором співвідношення, які дозволяють оцінювати залишковий ресурс деталі в умовах заданого послідовного багаторівневого циклічного навантаження, дозволять подовжити термін експлуатації деталей рухомого складу та забезпечити безпечне перевезення вантажів у цистернах на залізничному транспорті.В результаті виконаного дослідження було встановлено, що існують способи очистки цистерн від залишків застиглих органічних вантажів, які перед повторним завантаженням необхідно видалити із порожнин котлів цистерн.
Автор запропонував методику встановлення впливу фізико-механічних характеристик органічних речовин на довговічність високонавантажених елементів інструменту руйнування та видалення залишків застиглого пеку з котлів залізничних цистерн.
Запропоновані співвідношення дозволять оцінювати залишковий ресурс робочих елементів інструменту в умовах ефективного технологічного навантаження.
Список литературы
1. Андрейків, О. Є. Розрахункова модель зародження втомних тріщин біля наводненого вирізу / О. Є. Андрейків, Д. В. Рудавський // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2004. - № 5. - С. 63-66.
2. Вантажні перевезення. Статистична інформація [Електронний ресурс] / Державна служба статистики України. - Режим доступу: http://www.ukrstat.gov.ua/. - Назва з екрана. - Перевірено : 15.06.2014.
3. Воропай, В. С. Разработка метода принятия решения относительно вагона-цистерны с истекшим назначенным сроком службы в условиях окончания ІІІ стадии жизненого цикла / В. С. Воропай // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. - Д., 2012. - Вип. 42. - C. 201-204.
Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2014, № 5 (53)
ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА РЕМОНТ ЗАСОБІВ ТРАНСПОРТУ
монографія / Д. Ибатуллин. - Самара : Самар. гос. техн. ун-т, 2008. - 387 с.
5. Куліченко, А. Я. Вплив методу термомеханічної очистки котлів залізничних цистерн на ймовірність розтріскування поверхневого шару металу / А. Я. Куліченко, В. В. Ковальчук // Зб. наук. пр. Донецького ін-ту залізн. трансп. - Донецьк, 2012. - Вип. 29. - С. 228-234.
6. Куліченко, А. Я. Теорія руйнування ортотропних матеріалів у вигляді залишків застиглого пеку в котлах залізничних цистерн / А. Я. Куліченко, А. Р. Мілянич // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. - Д., 2012. - Вип. 41. - С. 64-70.
7. Пительгузов, Н. А. Особенности технологических операций подготовки цистерн при перевозке химически опасных грузов / Н. А. Пительгузов, Т. Б. Ивченко, В. В. Федорченко // Вісн. Східноукраїн. нац. ун-ту ім. В. Даля. - 2011. - № 6. - С. 135-139.
8. Hess, G. Tank car travails: Regulators mull new safeguards for railcars that carry liquid hazardous materials / G. Hess // Chemical and Engineering News. - 2013. - № 91 (41). - Р. 27-28.
9. Lambert, R. G. Analysis of Fatigue Under Random Vibration / R. G. Lambert // The Shock and Vibration Bulletin. - 1976. - № 46 (3). - Р. 55-72.
10. Lambert, R. G. Computation Methods. Technical Report AD A 103211 / R. G. Lambert. - Alexandria : Defense Technical Information Center, Mar. 1980. - Р 57-74.
11. Lambert, R. G. Fracture Mechanics Applied to Step-Stress Fatigue Under Sine/Random Vibration / R. G. Lambert // The Shock and Vibration Bulletin. - 1978. - № 48 (3). - Р. 93-101.
12. Modeling the Dynamic Failure of Railroad tank cars using a physically motivated internal state variable plasticity/damage nonlocal model / F. R. Ahad, К. Enakoutsa, K. N. Solanki et al. // Modelling and Simulation in Engineering. - 2013. - Vol. 2013. - 11 p. doi: 10.1155/2013/815158.
13. Saat, M. R. Generalized railway tank car safety design optimization for hazardous materials transport: Addressing the tradeoff between transportation efficiency and safety / M. R. Saat, C. P. L. Barkan // J. of Hazardous Materials. - 2011. - № 189 (1-2). - Р. 62-68. doi: 10.1016/j.jhazmat. 2011. 01.136.
14. Weltschev, M. Comparison of the operating life of tank containers, tank vehicles and rail tank cars for the carriage of dangerous goods in practice, analysis of causes of damage / М. Weltschev, S. Schwar-zer, F. Otremba // Chemical Engineering Transactions. - 2013. - № 31. - Р. 559-564. doi: 10.1016/ j.jhazmat.2011.01.13610.3303/CET1331094.
А. Р. МИЛЯНИЧ1*
1*Каф. «Подвижной состав и путь», Львовский филиал Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. И. Блажкевич, 12а, Львов, Украина, 79052, тел. 38 (067) 747 46 46, эл. почта milyan_74@ukr.net, ORCID 0000-0003-3583-792X
ПОВРЕЖДЕНИЯ РАБОЧИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИНСТРУМЕНТА, СВЯЗАННЫХ С ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ ЗАТВЕРДЕВШИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Цель. Наибольшая часть грузовых перевозок в Украине совершается железнодорожным транспортом. Государственная статистика ежегодных железнодорожных грузовых перевозок (январь-ноябрь) фиксирует следующие данные: 2011 г. - 468 млн. т (108,2 % до 2010 г.); 2012 г. - 421,5 млн. т (98,5 % до 2011 г.); 2013 г. - 441,8 млн. т (96,6 % до 2012 г.). Несмотря на ежегодное уменьшение объемов грузовых перевозок, весомый вклад при транспортировке грузов принадлежит перевозкам в цистернах. Именно поэтому при эксплуатации цистерн сегодня очень актуальным является продолжение термина их долговечности. Современные представления о накоплении усталостных повреждений в деталях подвижного состава железнодорожного транспорта основываются на моделях, оценивающих долговечность металлических систем в зависимости от условий нагрузок. Эти модели позволяют с достаточным уровнем точности выполнять оценку разупрочнения металлических систем в условиях многоциклового утомления и при наличии упругих деформаций. В то же время, особенности поведения контртел эти модели не учитывают. Целью этой работы является построение математической модели, позволяющей оценивать долговечность рабочих инструментов, которые используются при очищении затвердевших органических грузов железнодорожных цистерн. Методика. С использованием современных подходов механики деформированного твердого тела был произведен анализ влияния параметров строения органических веществ на долговечность большегрузных элементов конструкций. Введение в данной работе соотношения взаимодействия повреждений относится, главным образом, к тем элементам
Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2014, № 5 (53)
ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА РЕМОНТ ЗАСОБІВ ТРАНСПОРТУ конструкции инструмента, которые, вследствие влияния широкополосных гауссовских случайных загрузок, совершают колебания со своими резонансными или околорезонансными частотами. Результаты. Изучено влияние особенностей усталостных нагрузок на долговечность конструкции. Так, полученные результаты свидетельствуют о росте повреждений, которые вносятся циклами с малыми амплитудами напряжений, изза нелинейного эффекта взаимодействия рабочего элемента инструмента с органическим материалом. Для приведенного примера была рассчитана долговечность утомляемостью, которая, согласно уточненной оценке, оказалась пониженной на 10...15 %. Снижение на 10 % соответствует максимальной амплитуде напряжения 5? , а снижение на 15 % - максимальной амплитуде 7?. Научная новизна. Аналитически показано, что параметры разупрочнения металлических систем связаны с кинетикой усталостных повреждений, которые накапливаются в металлических конструкциях при внешних нагрузках. Практическая значимость. Автором были предложены соотношения, которые позволяют оценивать остаточный ресурс детали в условиях заданной последовательной многоуровневой циклической нагрузки.
1*Dep. «Rolling Stock and Track», Lviv Branch of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, I. Blazhkevych St., 12а, Lviv, Ukraine, 79052, tel. 38 (067) 747 46 46, e-mail milyan_74@ukr.net, ORCID 0000-0003-3583-792X
OPERATING ELEMENTS DAMAGE OF TOOLS CONNECTED WITH THE PLASTIC DEFORMATION OF HARDENED ORGANIC COMPOUNDS
Purpose. Most of the freight traffic in Ukraine is made by railway transport. Government statistics of annual railway freight traffic (January-November) records the following data: 2011 - 468 million tons (108.2% to 2010); 2012 - 421.5 million tons (98.5% to 2011); 2013 - 441.8 million tons (96.6% by 2012). Despite the annual decrease of freight traffic volumes, a significant contribution during the freight traffic belongs to transportation in tanks. That is why the term of their service life extension is very topical today at the operation of tanks. Modern ideas about the accumulation of fatigue damages in the details of railway vehicles are based on models that assess the service life of metallic systems, depending on the load conditions. These models with sufficient accuracy let carry out an assessment of softening of metallic systems in high-cycle fatigue conditions and at the presence of elastic deformation. At the same time, peculiarities of counterbodies? behavior these models do not take into account. The purpose of this paper is to construct a mathematical model to evaluate the durability of the operating tools, which are used in the purification of solidified organic cargo of tank cars. Methodology. With the use of modern approaches of deformed solid body mechanics the parameters impact of organic substances structure on the service life of heavy structural elements was analyzed. We present the interaction of damages ratio in this article. It relates mainly to those elements of the tool structure, which due to the influence of broadband Gaussian random loadings oscillate with their resonant or near-resonant frequencies. Findings. The influence of the fatigue loads features on the structure durability was studied. Thus, the obtained results suggest the increase of damages that are entered with low-amplitude cycles of strain, because of the nonlinear effect of the interaction between instrument operational elements with organic material. For the given example durability with fatigue which, according to an updated assessment, had been reduced by 10...15% was calculated. A decrease of 10% corresponds to the maximum amplitude of the voltage 5? , and a decrease of 15% - the maximum amplitude 7?. Originality. It is analytically shown that parameters of the metallic systems softening are connected with the kinetics of fatigue damages that accumulate in the metal structures under external loads. Practical value. Authors have proposed correlation that allows estimating the residual life of the part in conditions of a given sequence of multilevel cyclic loading.
Keywords: cycle; durability; damages; fatigue; voltage; tanks of rolling stock; railway transport
REFERENCES
1. Andreikiv O.Ye., Rudavskyi D.V. Rozrakhunkova model zarodzhennia vtomnykh trishchyn bilia navodne-noho vyrizu [The computational model of fatigue cracks nucleation near flood cutout]. Fiziko-khimichna mek-hanika materialiv - Physics and chemical mechanics of materials, 2004, no. 5, pp. 63-66.
Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2014, № 5 (53)
ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА РЕМОНТ ЗАСОБІВ ТРАНСПОРТУ
2. Vantazhni perevezennia. Statystychna informatsiia [Freight traffic. Statistic information]. Available at: http://www.ukrstat.gov.ua/ (Accessed 15 June 2014).
3. Voropay V.S. Razrabotka metoda prinyatiya resheniya otnositelno vagona-tsisterny s istekshim naznachennym srokom sluzhby v usloviyakh okonchaniya ІІІ stadii zhiznenogo tsikla [Development of a method to make decision concerning the tank-car with the assigned expired lifetime in terms of final III-rd stage of the life cycle]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznichnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2012, issue 42, pp. 201-204.
4. Ibatullin D. Kinetika ustalostnoy povrezhdayemosti i razrusheniya poverkhnostnykh sloyev [Kinetics of damage and fatigue fracture surface layers]. Samara, SSTU Publ., 2008. 387 p.
5. Kulichenko A.Ya., Kovalchuk V.V. Vplyv metodu termomekhanichnoi ochystky kotliv zaliznychnykh tsystern na ymovirnist roztriskuvannia poverkhnevoho sharu metalu [Effect of thermomechanical treatment method of railway tanks boilers on the cracking probability of the surface layer of the metal]. Zbirnyk naukovykh prats Donetskoho instytutu zaliznychnoho transportu [Proc. of Donetsk Institute of Railway Transport], 2012, issue 29, pp. 228-234.
6. Kulichenko A.Ya., Milianych A.R. Teoriia ruinuvannia ortotropnykh materialiv u vyhliadi zalyshkiv zasty-hloho peku v kotlakh zaliznychnykh tsystern [Theory of failure of orthotropic materials in the form of a frozen pitch residues in boilers tanks]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznichnoho trans-portu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2012, issue 41, pp. 64-70.
7. Pitelguzov N.A., Ivchenko T.B., Fedorchenko V.V. Osobennosti tekhnologicheskikh operatsiy podgotovki tsistern pri perevozke khimicheski opasnykh gruzov [Technological operations features of the tanks preparation during transportation of chemically dangerous goods]. Visnyk Skhidnoukrainskoho natsionalnoho univer-sytetutu imeni V. Dalia [Bulletin of V. Dahl East-European National University], 2011, no. 6, pp. 135-139.
8. Hess G. Tank car travails: Regulators mull new safeguards for railcars that carry liquid hazardous materials. Chemical and Engineering News, 2013, no. 91 (41), pp. 27-28.
9. Lambert R.G. Analysis of Fatigue Under Random Vibration. The Shock and Vibration Bulletin, 1976, no. 46 (3), pp. 55-72.
10. Lambert R.G. Computation Methods. Technical Report AD A 103211. Alexandria, Defense Technical Information Center Publ., Mar. 1980, pp. 57-74.
11. Lambert R.G. Fracture Mechanics Applied to Step-Stress Fatigue Under Sine/Random Vibration. The Shock and Vibration Bulletin,1978, no. 48 (3), pp. 93-101.
12. Ahad F.R., Enakoutsa К., Solanki K.N., Tjiptowidjojo Y., Bammann D.J. Modeling the Dynamic Failure of Railroad tank cars using a physically motivated internal state variable plasticity/damage nonlocal model. Modelling and Simulation in Engineering, 2013, vol. 2013, 11 p. doi: 10.1155/2013/815158.
13. Saat M.R., Barkan C.P.L. Generalized railway tank car safety design optimization for hazardous materials transport: Addressing the tradeoff between transportation efficiency and safety. Journal of Hazardous Materials, 2011, no. 189 (1-2), pp. 62-68. doi: 10.1016/j.jhazmat.2011.01.136.
14. Weltschev M., Schwarzer S., Otremba F. Comparison of the operating life of tank containers, tank vehicles and rail tank cars for the carriage of dangerous goods in practice, analysis of causes of damage. Chemical Engineering Transactions, 2013, no. 31, pp. 559-564. doi: 10.1016/j.jhazmat.2011.01.13610. 3303/CET1331094.
Стаття рекомендована до публікації к.т.н., доц. М. О. Кузіним (Україна); д.т.н., проф. В. В. Артемчуком (Україна)
Надійшла до редколегії: 20.06.2014 Прийнята до друку: 20.09.2014
