Введение к работе
Актуальность проблемы; Проблемы повышения ресурса, увеличения на дежности и весовой отдачи изделий авиационной техники относятся к приоритет ным в современном машиностроении. Обеспечение прочности ответственных ] высоконагруженных элементов конструкции и деталей машин по условиям сопро тивления усталости на стадии проектирования требует достоверных данных отно сительно усталостных свойств конструкционного материала и изделия в целом учетом рассеивания их характеристик. В связи с высокой стоимостью и длительно стью натурных усталостных испытаний реальных образцов деталей и конструкций часто не представляется возможной организация подобных испытаний в обозри мый отрезок времени.
При отсутствии достаточного объема натурных испытаний надежное по строение кривых усталости для конструкций возможно на основании статистиче ских теорий усталостного разрупгения, го которых в настоящее время широко применение в инженерной практике нашла только теория подобия усталостноп разрушения Когаева В.П. В соответствии с этой теорией оценка ресурса издели возможна на основании обработки результатов усталостных испытаний несколь ких типов образцов с различной степенью неоднородности напряженного состоя ния. В тоже время данная теория имеет ограничения, влияющие на ее облает применения. Так, в частности, в настоящее время входной контроль полуфабрика тов осуществляется на основе получения оценок статических характеристик мате риалов, го которых ни одна не используется в теории подобия, что не позволяе применить ее для получеши экспресс-оценок сопротивления усталости материал по данным входного контроля. В этих условиях является целесообразным развита статистических теорий усталостного разрушения, базирующихся на более сложны физических моделях поведения материалов в условиях циклического нагружения способных учесть наличие сложного напряженного состояния в элементах конст рукции, а также, исгальзуюших различные характеристики материала, что позво лит более точно оценивать несущую способность изделии. Проведение теоретиче ских исследований, направленных на развитие статистических теорий усталостно го разрушения с целью доведения их до конечного результата, адаптация их в ПЭВМ, более тщательная апробация и проверка на простейших эксперимента* развитие методик по использованию результатов численных способов определени прочности конструкции в практике оценки ресурса, в конечном итоге, существен» сократит сроки и затраты на исследования натурных образцов деталей машин повысив эффективность прогнозирования экегшуатационных характеристик проч гости изделий.
Целью работы является исследование закономерностей усталостного разрушения материала для выбора оптимальных расчетных методов оценки долговечности конструтацш. Создание методик оценки ресурса конструкции, пригодных для применения в инженерных расчетах, на основе развития и модификации существующих статистических теорий усталостного разрушения с учетом современных методов расчета, разработка рекомендаций по использованию при оценке ресурса конструкций результатов численного моделирования изделий.
Научная новизна работы заключается в следующем: Ъ на основе модифицированной статистической теории усталостного разрушения Афанасьева Н.Н. разработаны методики оценки долговечности конструкций, которые могут быть применены на практике в инженерных проектировочных и проверочных расчетах долговечности изделий. Разработанные методики могут быть применены при оценке долговечности деталей, работающих в условиях объемного напряженного состояния. % на основе проведения статистического анализа результатов механических испытаний различных материалов обоснован выбор віща уравнения для аппроксимации кривой распределения напряжений в материале. ^ разработаны рекомендации по определению параметра подобия усталостного разрушения для деталей произвольной геометрии на основе использования результатов численного моделирования юнетрукций методом конечных элементов, ^ разработана методика определения, прогнозігоования и приложения эксплуатационных нагрузок, задаваемых в виде эпюр контактных давлений, к математическим моделям барабанов колес транспортных средств, используемых для определения их напряженно-дефоршфованного состояния методом конечных элементов. Практическая ценность работы; предложенная в работе комплексная методика определения долговечности на основе применения статистических теорий усталостного разрушения может быть рекомендована для оценки гарантированного и назначенного ресурсов деталей и элементов констг#тщий на стадии проектирования и доводки, а также для экспресс-оценки усталостных свойств при изменениях и технологии изготовления изделия. В силу общности положений, заложенных в данных исследованиях, методика может быть применена для определения характеристик сопротивления усталости широкого крута элементов конструкций, работающих в условиях щпстического нагружения. Исследования по теме диссертации представляется целесообразным предложить для использования на предприятиях и в научных учреждениях, занимающихся проведением испытаний конст-рутсций и их элементов, созданием и оптимизацией геометрии элементов конструкций машиностроения по условиям длительной усталостной и статической прочности.
Разработанная методика, рекомендации и комплекс программ по задании и масштабированию эксплуатационных нагрузок, задаваемых в виде эпюр кон тактньгх давлений для различных случаев нагружения, к математическим моделях барабанов колес, использованы при проведении прочностных расчетов различны типов барабанов авиационных колес на АК «Рубин». Предложенная методика за дания нагрузок была использована при проведешш численных экспериментов в оптимизации формы поперечного сечения обода барабанов.
Апробация работы. Основные разделы и результаты работы доложены і обсуждены на: научных семинарах кафедры «Сопротивление материалов: МГАТУ им. К.Э. Циолковского (сентябрь 1994, октябрь 1995 года, сентябрь 199( года), Гагаринских чтениях МГАТУ им, К.Э. Циолковского, 1995-96 гг., конфе решщи «Новые материалы и технологии» 1996 г., научно-технических совета: Авиационной корпорации «РУБИН» (ноябрь 1995 года, декабрь 1996 года).
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 11 статья* тезисах докладов, методических указаниях и технических отчетах.
Структура и объем работы. Диссертация состоігг го введения, пяти глаї основных выводов и списка литературы и содержит 158 страниц машинописноп текста, в том числе 61 иллюстрацию.
