Расчетно-экспериментальные методы оценки рассеянных повреждений в металле и деталях машин при регулярной и нерегулярной переменной загруженности - Автореферат

Расчетно-экспериментальные методы оценки рассеянных повреждений в металле и деталях машин при регулярной и нерегулярной переменной загруженностиВ диссертации рассмотрены вопросы, связанные с решением крупной научной проблемы оценки и прогнозирования долговечности и надежности конструкционных материалов и деталей машин в условиях реализации различных механизмов поврежденности при регулярном и нерегулярном переменном нагружении. В условиях жесткой конкуренции разработчики новых технических изделий стремятся с максимальной точностью прогнозировать их долговечность, «закладывая» минимальные запасы прочности для обеспечения заданного срока службы. Проанализировать особенности повреждения различных конструкционных материалов в условиях ползучести и релаксации напряжений при циклическом нагружении и оценить надежность работы резьбовых элементов как составных частей многих машин. на основе полуфеноменологического подхода предложены и апробированы нелинейные модели накопления повреждений металлами при регулярном и нерегулярном нагружении, способствующие при минимальном числе структурно-чувствительных параметров учитывать различные механизмы поврежденности и факторы, влияющие на их долговечность; На защиту выносятся теоретические и экспериментальные основы оценки и прогнозирования долговечности и надежности конструкционных материалов и деталей машин, испытывающих в эксплуатации регулярное и нерегулярное циклическое нагружение, включающее: - системный анализ поврежденности на разных масштабных уровнях конструкционных материалов и деталей машин, с выбором и обоснованием критериев поврежденности, основных факторов, влияющих на их кинетику при циклическом нагружении;Увеличение ресурсных показателей требует больших предварительных расходов на изучение загруженности конструкций, закономерностей поврежденности материалов, разработки методики и технологии повышения их прочностных характеристик, применения новых конструкторских решений и материалов. В частности, изучены вопросы накопления усталостной поврежденности, влияния на эти процессы конструктивных и технологических факторов различных видов, величины и характера приложения нагрузок , установлены подходы к назначению критериев потери несущей способности деталей машин и элементов конструкций, предложены модели суммирования повреждений. Кроме того, в каждом цикле нагрузка - разгрузка , с изменением напряжения при обходе по восходящей и нисходящей ветвям петли механического гистерезиса будет непрерывно изменяться доля неупруго деформирующихся микрообъемов. Так, изменение интенсивности микропластического деформирования, в связи с имеющим место влиянием предварительного циклического деформирования, оценивали отношением , определяемым соответственно при нестационарном (индекс н) и стационарном (индекс с) режимах нагружения по петле механического гистерезиса при растяжении-сжатии или дефекту модуля при чистом изгибе с вращением : , (9) где ?n , ? - пластическая и общая части деформации материала при нагружении на установившемся участке деформации (значения и отмечены на рис.5,а, 5,б). Как показали исследования, только при очень кратковременных циклических перегрузках ,где nk - критическое число циклов нагружения, наблюдается аномальное поведение материала (рис.5,б), выражающееся в том, что перегрузочный режим начинает оказывать положительное влияние на последующее циклическое деформирование металла.Решена крупная научная проблема по оценке и прогнозированию долговечности и надежности работы конструкционных материалов и деталей машин при регулярном и нерегулярном переменном нагружении за счет использования научно обоснованных решений при разработке новых полуфеноменологических моделей накопления повреждений с учетом механизмов разрушения структуры металла, характерных для широкого класса деталей в процессе эксплуатационной загруженности. Для обоснования достоверности предлагаемых решений и методик выполнен комплекс научно-исследовательских работ по изучению на разных масштабных уровнях механизмов поврежденности конструкционных материалов и элементов при циклических нагружениях. Разработанный подход определения поврежденности с учетом развития неупругих процессов в металле при циклической нагрузке, оцениваемых по динамической петле механического гистерезиса, дефекту модуля, коэффициенту неупругости и связанному с ними рассеянию энергии, а также выделяемой металлом пластической деформации при циклической ползучести и релаксации напряжений, позволил решить ряд задач, включая: - оценку долговечности конструкционных сталей по выделенным критериям поврежденности; Предложен способ упрочнения стальных деталей, выбран и обоснован оптимальный интервал по напряжениям и долговечности перегрузки для ряда конструкционных сталей, способствующий повышению предела выносливости на (4-9)% и увеличению их демпфирующей способности на пределе выносливости до (9-15)%, что повышает надежность их работы при незапланированных пиковых перегрузках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ