Введение к работе
Актуальность проблемы: Обеспечение качества машиностроительной зродукции, особенно авиационной и космической техники, является важной задачей з условиях современной рыночной экономики. В связи с высокой нагруженностью >лементов авиаконструкций, требованием высокой весовой эффективности и максимального использования резервов прочности конструкционных материалов, возника-п1 необходимость контроля качества полуфабрикатов еще на стадии проектирования тзделий. Проблема повышения ресурса авиационной техники создает потребность в эценке качества полуфабрикатов по критериям сопротивления усталости. Однако троведение длительных и дорогостоящігх усталостных испытаний не всегда пред-л-авляется возможным.
Большинство элементов конструкций работают в условиях асимметричного дала нагружения. В связи с этим, возникает вопрос о проведении дополнительных усталостных испытаний при асимметричном цикле. Это, в свою очередь, увеличивает эбъем экспериментов в несколько раз. Поэтому аналитическая оценка сопротивления усталости при асимметричном .нагружении может стать большим шагом на пути їнижения объема усталостных испытаний.
Вместе с тем, накоплю обширный экспериментальный материал по характе-мтетикам статической и циклической прочности сплавов и полуфабрикатов, широко іредставленньш в работах КІНСтепнова, Н. А.Махутова, В.Т.Трощенко и др.
В настоящее время для оценки характеристик сопротивления усталости элементов конструкций наиболее широкое применение нашла теория подобия усталост-юго разрушения В.П.Когаева. В соответствии с этой теорией оценка ресурса изделия юзможна на основании обработки усталостных испытаний нескольких типов образ-дов с различной степенью неоднородности напряженного состояния. Однако, данная геория имеет ограничения, влияющие на область ее применения. В частности, вход-гой контроль полуфабрикатов осуществляется путем оценки статических характери-ггак материалов. Ни одна из этих характеристик не используется в теории подобия, гго не позволяет применять ее для получения экспресс-оценок сопротивления уста-гости материала по данным входного контроля. Также отсутствует учет асимметрии щкла нагружения. В связи с этим, целесообразно развивать статистические теории 'сталостного разрушения, основанные на более сложных физических моделях поведения материалов в условиях циклического нагружения.
Одним из направлений теоретических исследований в этой области является лоделирование асимметричного цикла нагружения на основе статистической теории 'сталостной прочности. Более тщательная разработка моделей асимметричного на-ружения, их реализация на ПЭВМ, проверка на простейших экспериментах сущест-ієнно сократят сроки и затраты на проведение усталостных испытаний образцов и >еальньгх деталей машин.
Целью работы является исследование механизма усталостного разрушения материала на уровне микроструктуры с целью разработки методики, позволяющей оценивать характеристики сопротивления усталости материала в условиях асимметричного цикла нагружения на основе статистических теорий прочности при сокращении материальных и временных затрат на планирование и проведение усталостного эксперимента.
Задачи исследования:
-
Разработка модели асимметричного цикла нагружения на базе одной из статистических теорий усталостной прочности.
-
Сравнительный анализ существующих моделей усталости металлов с учетом асимметрии цикла нагружения.
-
Разработка модели диаграммы деформирования материала.
-
Анализ распределения микронапряжений по зернам металла.
-
Разработка методики оценки характеристик сопротивления усталости материалов при симметричном цикле нагружения по результатам усталостных испытаний на одном уровне напряжений.
Научная новизна работы заключается в следующем: Ъ на основе модифицированной статистической теории усталостного разрушения Н. Н. Афанасьева разработана расчетно-экспериментальная методика оценки характеристик сопротивления усталости элементов конструкций и полуфабрикатов при асимметричном цикле нагружения. Ч> предложено и теоретически обосновано уравнение, аппроксимирующее диаграмму деформирования материала. ^> исследованы закономерности распределения микронапряжений по сечению образца (детали, элемента конструкции) и обоснована возможность использования функции распределения микронапряжений в качестве характеристики материала, отвечающей за усталость. Практическая значимость работы: предложенная в работе методика оценки характеристик сопротивления усталости при асимметричном цикле нагружения на основе применения статистических теорий усталостного разрушения может быть рекомендована для оценки ресурса деталей и элементов конструкции на стадии проектирования и доводки, а также для экспресс-оценки усталостных свойств при изменении технологии изготовления изделия. Методика позволяет производить оценку качества полуфабрикатов и деталей при асимметричном цикле нагружения без проведения дополнительного усталостного эксперимента, что позволяет значительно экономить материальные и временные ресурсы. Исследования по теме диссертации целесообразно предложить для использования на предприятиях и в научных учреждениях, занимающихся разработкой и оптимизацией конструкций и технологий по условиям усталостной и статической прочности.
Разработанная методика, рекомендации и комплекс программ, позволяющие уценивать ресурс деталей и полуфабрикатов при асимметричном цикле нагружения, трименялись при проведении прочностных расчетов болтов барабанов авиационных «шее на АК «Рубин», на что имеется акт внедрения.
Апробация работы: Основные разделы и результаты работы доложены и эбсуждены на научных семинарах кафедры «Механика материалов и конструкций» :<МАТИ» - РГТУ им. К. Э. Циолковского (октябрь 1997 г., декабрь 1998 г.), Гагарин-жих чтениях «МАТИ» - РГТУ им. К. Э. Циолковского (1997 - 99 гг.).
Публикации. Основное содержание работы отражено в 6 статьях, тезисах юкладов, методических указаниях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит го введения, четырех -лав, основных выводов и списка литературы и содержит 120 страниц машинописно-х> текста, в том числе, 34 иллюстрации.
