Розроблення програмового забезпечення для розрахункового визначення циклічної довговічності елементів зварних конструкцій на стадії гальмування тріщини втоми. Удосконалення методики та устаткування для визначення залишкових напружень акустичним методом.
Аннотация к работе
Так наприклад, спостерігається передчасна поява тріщин втоми в зварних з‘єднаннях споруд залізничних мостів, елементів конструкцій залізничних вагонів, кранів та інших конструкцій ще на ранньому етапі їх експлуатації. Тому у випадках, коли фактори, невраховані за проектування, призвели до появи тріщини в процесі експлуатації конструкції, виникає потреба у гальмуванні її розвитку. З метою гальмування розвитку тріщини втоми використовуються також і інші способи, зокрема, чільне місце посідають методи, засновані на штучному наведенні поля залишкових напружень стиску перед фронтом тріщини, що розвивається. Створення такої експериментально-розрахункової оцінки дозволить виявити найбільш раціональні об‘єкти для використання цих способів, а також оптимізувати їх параметри в залежності від початкової довжини тріщини втоми, характеристик циклу змінного навантаження та властивостей матеріалу. На великогабаритних зразках експериментально дослідити ефективність застосування способів наведення залишкових напружень стиску перед вершиною тріщини втоми з метою її гальмування.У відповідності до мети і поставлених задач дослідження проводились у двох напрямках: - дослідження взаємодії залишкових напружень, що сформувались під впливом циклічного навантаження в зонах концентратора та тріщини втоми, з штучно наведеними задля гальмування розвитку тріщини залишковими напруженнями стиску; Штучно створені залишкові напруження стиску також взаємодіють із зварювальними залишковими напруженнями і такими, що виникли в зонах концентратора та тріщини втоми. Разом з тим, при гальмуванні тріщини втоми штучно наведеними залишковими напруженнями стиску перед її вершиною, положення КДВР та відповідні параметри рівняння Періса суттєво залежать від рівня та характеру розподілу цих напружень, що суттєво обмежує використання КДВР за визначення довговічності. У випадку, коли тріщина втоми виникає і розвивається в зварних елементах конструкцій, на закономірності формування залишкових напружень біля її вершини також впливають зварювальні залишкові напруження. Залишкові напруження стиску, що штучно наводяться перед фронтом тріщини задля її гальмування, взаємодіють з напруженнями, що виникли в зоні тріщини під впливом зовнішнього навантаження, формуючи нове поле залишкових напружень, яке може значно відрізнятись від своїх складових.Показано, що розподілення компонент залишкових напружень, штучно наведених за допомогою точкових низькотемпературного нагріву або наплавок залежить від їх параметрів (температури нагріву, діаметра плями нагріву, часу нагріву, примусового тепловідводу і т.п.), відстані до тріщини або до краю елементу, розмірів та форми елементу. Так, в пласких зразках із Ст3сп без тріщини розмірами 650х250х12 мм на відстані 30 мм від центру нагріву поздовжня компонента залишкових напружень стиску сягає рівня мінус 10МПА, в той час, як в зоні тріщини втоми на такій же відстані після аналогічного нагріву ці напруження сягають рівня мінус 150 МПА (це відповідає Експериментально показано, що для сталі Ст3сп способи обробки, засновані на наведенні залишкових напружень стиску перед фронтом тріщини втоми, що розвивається, за допомогою низькотемпературного нагріву (300-350 ОС) з застосуванням примусового тепловідводу, можуть збільшувати залишкову циклічну довговічність елементів конструкцій на порядок і більше. На основі встановлення кореляційної залежності введеного коефіцієнта ефективності гальмування тріщини втоми від параметра, який характеризує величину та розподіл штучно наведених задля її гальмування залишкових напружень стиску запропоновано експериментально-розрахункову методику оцінки циклічної довговічності елементів конструкцій з тріщиною втоми, що гальмується.
План
Основний зміст роботиОсновний зміст роботи відображено в публікаціях
1. Бродовий В.А., Михеев П.П., Гуща О.И. Некоторые закономерности формирования остаточных напряжений в зонах концентратора и усталостной трещины при циклическом нагружении// Автомат. Сварка. - 2001. - №2. - С.9-12.
2. Бродовой В.А., Гуща О.И., Кузьменко А.З., Михеев П.П. Взаимодействие остаточных напряжений в зонах концентратора и трещины усталости // Автомат. сварка.- 2001. - №9. - С. 52-54.
3. Бродовой В.А., Кныш В.В., Кузьменко А.З., Михеев В.В. Расчетное определение циклической долговечности элементов конструкций, при торможении усталостных трещин остаточными напряжениями сжатия // Сб. материалов XXXVII Международного семинара "Актуальные проблемы прочности", 3-5 июля 2001. - Киев. - С.279-280.
4. Бродовой В.А., Кныш В.В., Кузьменко А.З., Михеев В.В. Определение циклической долговечности элементов конструкций, содержащих трещины усталости // Сб. материалов I Всеукраинской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Сварка и родственные технологии", 22-24 мая 2001. - Киев. - С.21.
6. Сміленко В.М., Гуща О.Й., Бродовий В.О., Кудрявцев Ю.П. (СА), Клейман Я.І. (СА) Пристрій контролю механічних напружень та деформацій в твердих середовищах // Висновок про встановлення дати на винахід.- Укрпатент, 16.04.2002. - Київ.
7. П.П. Михеев, В.В, Кныш, Т.М. Лабур, А.З. Кузьменко, В.А. Бродовой Циклическая трещиностойкость алюминиевого сплава Д16АТ при торможении усталостной трещины локальным нагревом // Межународная конференция «Современные проблемы сварки и ресурса конструкций» 24-27 ноября 2003, Киев, Украина. - С.123.
Размещено на .ru
Вывод
1. Показано, що розподілення компонент залишкових напружень, штучно наведених за допомогою точкових низькотемпературного нагріву або наплавок залежить від їх параметрів (температури нагріву, діаметра плями нагріву, часу нагріву, примусового тепловідводу і т.п.), відстані до тріщини або до краю елементу, розмірів та форми елементу. Так, в пласких зразках із Ст3сп без тріщини розмірами 650х250х12 мм на відстані 30 мм від центру нагріву поздовжня компонента залишкових напружень стиску сягає рівня мінус 10МПА, в той час, як в зоні тріщини втоми на такій же відстані після аналогічного нагріву ці напруження сягають рівня мінус 150 МПА (це відповідає
IMG_9c618a98-189d-4447-95a6-da3ece5262b0 даного матеріалу).
2. Експериментально показано, що для сталі Ст3сп способи обробки, засновані на наведенні залишкових напружень стиску перед фронтом тріщини втоми, що розвивається, за допомогою низькотемпературного нагріву (300-350 ОС) з застосуванням примусового тепловідводу, можуть збільшувати залишкову циклічну довговічність елементів конструкцій на порядок і більше.
3. Встановлено, що для алюмінієвого сплаву Д16АТ ефективним засобом гальмування тріщини втоми може бути локальна аргоно-дугова наплавка, виконана на відстані 25-30 мм від вершини тріщини. Залишкова довговічність досліджуваних зразків збільшувалась на порядок.
4. Показано, що закономірності розвитку тріщини втоми в низьковуглецевих сталях та алюмінієвому сплаві Д16АТ за гальмування штучно наведеними перед її фронтом залишковими напруженнями стиску відтворюються відповідними кінетичними діаграмами втомного руйнування, які складаються із двох суттєво відмінних лінійних дільниць, які відповідають періодам до та після наведення стиску.
5. На основі встановлення кореляційної залежності введеного коефіцієнта ефективності гальмування тріщини втоми від параметра, який характеризує величину та розподіл штучно наведених задля її гальмування залишкових напружень стиску запропоновано експериментально-розрахункову методику оцінки циклічної довговічності елементів конструкцій з тріщиною втоми, що гальмується.
6. Розроблено ряд оригінальних програм, що забезпечили виконання необхідних розрахунків для визначення полів залишкових напружень, відповідних довговічностей елементів конструкцій та характеристик циклічної тріщиностійкості матеріалів.
7. Порівнянням розрахункових даних, отриманих за допомогою методики оцінки циклічної довговічності елементів конструкцій з тріщиною втоми, що гальмується, з даними, які одержані експериментально, показано, що запропонована методика дає результати, які задовільно узгоджуються з експериментальними.
8. Удосконалення устаткування та методики визначення залишкових напружень на основі відомого вимірювального пристрою УЗИНД призвели до зменшення похибки вимірювання часового інтервалу до відносної величини
IMG_76546435-e1ce-419d-90bb-11ffe8bb2f86 , що підвищило точність вимірювання залишкових напружень, а також забезпечило можливість визначення залишкових напружень акустичним методом у елементах конструкцій товщиною від 2 мм. гальмування тріщина зварний акустичний