Содержание к диссертации
Введение
II. Методы определения характеристик сопротивления раз рушению материалов и элементов конструкций 10
2.1 Критерии линейной и упругопластической механики разрушения и некоторые методы их расчетного определения II
2.2« Расчет на прочность элементов конструкций с дефектами типа трещин 23
2.3. Применение результатов стандартных ударных испытаний в инженерных расчетах 30
Цели и задачи исследования 39
III. Расчет трещиностойкости труб большого диаметра и полноразмерного сосуда высокого давления из низко легированных сталей 40
3.1. Экспрессный метод определения характеристик трещиностойкости элементов конструкций 40
3.2. Методика экспериментального определения характеристик трещиностойкости при статическом нагружении 49
3.3. Проверка достоверности предлагаемого экспрессного метода по результатам лабораторных испытаний 58
3.4. Оценка трещиностойкости труб большого диаметра и пол-нораэмерного сосуда давления с использованием предлагаемого метода и результатов натурных испытаний 66
3.4.1. Методика натурных испытаний 67
3.4.2. Расчет трещиностойкости труб с поверхностными дефектами 69
3.4*3. Расчет трещиностойкости полноразмерного сосуда давления со сквозной усталостной трещиной 78
ІМ. Исследование динамической прочности и трещиностойкости конструкционных сталей 86
4.1. Методика низкотемпературных ударных испытаний с осциллографированием процесса разрушения 87
4.2. Соотношения энергетических параметров ударного разрушения при испытаниях на маятниковом копре МК-30 95
4.3« Исследование динамических параметров разрушения конструкционных сталей с различной статической прочностью 103
4.4. Проверка возможности использования предлагаемого экспрессного метода оценки трещиностойкости при динамическом характере приложения действующих нагрузок 115
V. Оценка работоспособности деталей машин с трещинами при различных режимах эксплуатации в условиях низких температур 120
5.1. . Исследование причин возникновения начальных трещин методами фрактографического и металлоструктурного анализов 122
5.2. Расчет на прочность кожуха мотор-колеса автосамосвала М-200 по месту характерного разрушения 136
5.3. Расчет разрушающих напряжений кожуха в условиях низких температур по результатам лабораторных испытаний 140
5.4« Оценка критических размеров дефекта исследуемой детали при различных режимах эксплуатации авто самосвала М-200 146
5.5 Методические рекомендации по оценке работоспособности элементов конструкций с трещиноподобными дефектами в производственных условиях 153
Выводы. 157
Литература
- Расчет на прочность элементов конструкций с дефектами типа трещин
- Методика экспериментального определения характеристик трещиностойкости при статическом нагружении
- Соотношения энергетических параметров ударного разрушения при испытаниях на маятниковом копре МК-30
- Расчет на прочность кожуха мотор-колеса автосамосвала М-200 по месту характерного разрушения
Введение к работе
Специфика природно-климатических условий северного региона предъявляет повышенные требования ко всем эксплуатируемым здесь видам техники, оборудования сооружений и средств транспорта [Ї7, 5lJ Опыт многолетней эксплуатации машин и металлоконструкций в суровых климатических условиях Севера показывает, что в зимние месяцы резко повышается количество отказов техники и разрушения металлоконструкций, связанных с хрупким разрушением [40, 45,107J. Поток отказов деталей и узлов автомобилей на Севере в зимнее время по сравнению с летним увеличивается в полтора-два раза, а по сравнению с полосой умеренного климата в четыре-пять раз [18, 28, 95, 98J. Наиболее тяжелые аварии, связанные с большими материальными потерями, происходят при разрушении ответственных деталей и узлов машин большой единичной мощности и высокой производительности, например, при разрушении ступицы передних колес и кожухов мотор-колес задних осей автосамосвалов М-200 фирмы "Юнит-Риги (Канада-США) грузоподъемностью 180 т, сварной поперечной рамы автосамосвала БелАЗ грузоподъемностью 75 т и т.д. Разрушение магистральных трубопроводов и их узловых соединений также связано с большими экономическими потерями. В результате анализа статистической обработки фактических случаев разрушений установлено, что их основной причиной является наличие исходных металлургических, технологических или возникновение эксплуатационных дефектов типа трещин [53]» При этом развитие очаговых трещин зависит от многих факторов, таких, как вид конструктивной формы, уровень и характер нагружения, температура эксплуатации и физико-механические свойства материала элемента конструкции, В эксплуатационных условиях обнаружение трещин может произойти на разных стадиях их развития. При заблаговременном обнаружении трещин необходимо оценить их опасность при дальнейшей эксплуатации дефектной конструкции, осо бенно, тогда, когда ее простои на ремонт связаны с большими экономическими затратами. Очевидно, что при своем дальнейшем развитии в условиях эксплуатации эти дефекты постепенно снижают уровень разрушающих напряжений. Традиционные методы расчета на прочность не решают задачу определения разрушающих напряжений в случае возникновения трещин, а ограничиваются установлением действующих нагрузок и в зависимости от их величины и предела прочности материала конструкции сводятся к определению уровня допускаемых напряжений. Однако, постепенное снижение величины разрушающего напряжения с развитием трещины может привести к такому состоянию материала элемента конструкции, когда наступит разрушение конструкции при нагрузках, значительно меньших, чем допускаемые. Таким образом, достоверная оценка степени опасности дефекта, обнаруженного еще на работоспособной конструкции, может быть произведена сопоставлением значений действующего и разрушающего напряжений, т.е. определением величины остаточного запаса прочности элемента конструкции с дефектом.
Решение этой проблемы в такой постановке позволило бы допустить временную контролируемую эксплуатацию техники и металлоконструкций с трещиноподобными дефектами при своевременном их выявлении. В этом случае контроль за ходом развития дефекта и определение его геометрических размеров осуществляется различными методами дефектоскопии, а снижение уровня действующих нагрузок обеспечивается ограничением производственных мощностей или температуры эксплуатации. Актуальность решения поставленной задачи подтверждается многочисленными случаями неоправданных длительных простоев дорогостоящей техники большой единичной мощности, нарушениями производственного цикла из-за повреждений крупных металлоконструкций, магистральных трубопроводов и т.д.
Решение данной проблемы может быть осуществлено применением в расчетах подходов механики разрушения, путем расчетного или экспериментального определения характеристик трещиностойкости материала исследуемой конструкции. Однако, фундаментальные расчетные методы определения трещиностойкости, как метод конечных элементов, очень сложны и невозможны для экспресс-анализов спорных ситуаций в производственных условиях, а экспериментальные методы требуют проведения значительного объема лабораторных испытаний с вырезанием проб из материала исследуемой конструкции, что также невозможно без ущерба общей конструктивной прочности еще работоспособной конструкции,
В связи с изложенным основная цель работы заключалась в разработке ускоренного метода определения трещиностойкости деталей машин и элементов конструкций, позволяющего производить расчет разрушающих напряжений, критических размеров трещин и остаточного запаса прочности для экспресс-анализа возможности их дальнейшей эксплуатации в экстремальных климатических условиях Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
- исследовать несущую способность конструкций с трещиноподобны-ми дефектами, эксплуатируемых в суровых климатических условиях Севера, и характеристики трещиностойкости их материалов на основе усовершенствования методики экспериментов при низких температурах;
- разработать экспрессный метод определения характеристик трещиностойкости материалов и установить степень его достоверности по результатам лабораторных и натурных испытаний;
- исследовать статические, динамические значения характеристик прочности и трещиностойкости ряда конструкционных сталей в широком интервале низких температур, используемых при строительстве металлоконструкций в северном исполнении и на их основе предложить наиболее достоверный расчетный критерий по результатам ударных испытаний;
- оценить работоспособность конкретных деталей машин и элементов конструкций с трещиноподобными дефектами при различных режимах эксплуатации в условиях низких температур и сформулировать методические рекомендации для расчета их эксплуатационной надежности.
Диссертация состоит из пяти разделов.
Первый раздел - введение.
Во втором разделе приведен литературный обзор существующих критериев линейной и упруго-пластической механики разрушения и их практического применения для расчета на прочность элементов конструкций с дефектами типа трещин в условиях статического и динамического нагружения»
В третьем разделе излагается выбор расчетной схемы и теоретическое обоснование экспрессного метода оценки трещиностойкости элементов конструкций. Приводятся результаты экспериментальной проверки достоверности предлагаемого метода путем проведения лабораторных и натурных испытаний.
В четвертом разделе описывается ряд методических разработок, проведенных при исследовании динамической прочности и трещиностойкости конструкционных сталей. Обосновывается выбор расчетного параметра по результатам стандартных ударных испытаний и экспериментально доказывается возможность использования предлагаемого метода оценки трещиностойкости и при ударном характере приложения нагрузок для низколегированных сталей І7ГІС, І4Г2САФ и І4Х2ГМР.
В пятом разделе производится комплексный анализ характерных случаев разрушения кожухов мотор-колес автосамосвалов особо большой грузоподъемности М-200 с известной геометрией очаговых трещин с использованием основных методических подходов, разработанных при выполнении данной диссертационной работы.
Научная новизна работы заключается в том, что на основе известной зависимости предельной нагрузки образца с трещиной, подвергаемого на сосредоточенный изгиб, от прочностных свойств материала предложен новый метод оценки трещиностойкости элементов конструкций и показаны способы его практического применения Установлено, что для низколегированных трубных сталей статические и динамические значения характеристик прочности и трещиностойкости отличаются незначительно. Показано, что высокие значения ударной вязкости не гарантируют высокую динамическую прочность и трещиностойкость, которые являются наиболее достоверными характеристиками для дальнейших инженерных расчетов по результатам ударных испытаний.
Достоверность экспериментальной части диссертационной работы обеспечена разработкой новых типов датчика, динамометра, различных приспособлений, использованием современного испытательного оборудования и регистрирующей аппаратуры, а достоверность предлагаемого метода оценки трещиностойкости элементов конструкций подтверждена результатами лабораторных и натурных испытаний.
Практическая ценность результатов работы заключается в том, что предлагаемый метод оценки трещиностойкости может способствовать широкому внедрению в инженерных расчетах прогрессивных подходов механики разрушения для оценки остаточной прочности и прогнозирования работоспособности элементов конструкций с дефектами в условиях эксплуатации. Основным достоинством метода является необязательность проведения сложных лабораторных испытаний и простота расчетов.
Результаты диссертационной работы использовались при составлении научно-технического отчета по анализу кожухов мотор -колес и ступиц передних колес автосамосвалов М-200 производства фирмы Юнит-Риг (Канада-США). Данный отчет явился научным обоснованием для предъявления аргументированных претензий фирме -поставщику и содействовал производству замены указанных деталей за счет фирмы-производителя. Общая экономическая эффективность данной работы из расчета стоимости запасных частей по 30 автосамосвалам М-200 составила 911 тыс.руб. Разработанная автором расчетная методика использовалась при составлении научно-технического отчета на тему: "Исследование свойств новых материалов в условиях пониженных температур" для обоснования рекомендаций по применению конструкционных сталей и сплавов в условиях низких температур.
Акты внедрения по двум вышеуказанным работам прилагаются в приложении к диссертации. Методические вопросы, разработанные автором, использовались при составлении научно-технических отчетов по теме: I.10.2.8 "Исследование и прогнозирование несущей способности деталей машин и сварных металлоконструкций, эксплуатируемых в экстремальных условиях Крайнего Севера". Программы: ЮЯТПК, БАМ.
Основные результаты работы докладывались на Всесоюзных научно-технических конференциях: "Работоспособность машин и конструкций в условиях низких температур" (г.Якутск, 1978 г.,), "Разрушение металлов и сварных конструкций при низких температурах" (г.Якутск, 1978 г.), на ІУ Всесоюзной конференции "Физика разрушения" (г.Киев, 1980 г.), на совещании рабочей группы "Прочность конструкций, работающих в условиях низких температур" при Научном Совете ГКНГ по проблеме "Конструкционная прочность и разрушение" (г.Ленинград, 1983 г.).
По результатам выполненных исследований опубликовано 10 статей.
Расчет на прочность элементов конструкций с дефектами типа трещин
Нормативными документами не допускается эксплуатация конструкций с трещиной любых размеров. Но, как показывает практика, выполнение этого требования связано с большими трудностями. Как правило, в процессе эксплуатации развитие трещины начинается от очага технологического или эксплуатационного характера. В эксплуатационных условиях устранение обнаруженных дефектов, типа трещин, обычно производится различными способами, например, сваркой с предварительной разделкой кромок. Качество восстанавливаемой дефектной конструкции зависит от многих факторов и при этом не исключена возможность даже ослабления конструкции, вызванного устранением ее дефекта. Во многих практических случаях, когда невозможно качественное устранение трещин технологическими способами, решается задача о возможности временной эксплуатации дефектных конструкций. Часто такие решения принимаются административным путем без должного конкретного технического обоснования.
В настоящее время методами механики разрушения можно оценить опасность трещиноподобных дефектов, определить уровень снижения несущей способности, выражающийся в уменьшении запаса прочности, применяемого в обычных расчетах при проектировании элементов конструкций по критериям прочности. Наиболее наглядно использование подходов механики разрушения для оценки опасности трещиноподобных дефектов можно показать на примере расчета на прочность трубопроводов с продольными трещинами 1 4, 68, 80, 94].
Расчет на прочность сосудов, резервуаров и трубопроводов проводится по предельной нагрузке с выбором определенного значения коэффициента запаса прочности. Допускаемые напряжения можно определить по соотношению [16, 69, II9J где 7J - коэффициент, учитывающий конструктивные и эксплуатационные особенности (7} 0,75 I) , [б] - номинальное допускаемое напряжение, определяемое как меньшая из величин /6/ jj % /" 57 jf \ &ё и ГУ- средние значения пределов прочности и текучести конструкционных материалов при комнатной температуре, которые определяются как математическое ожидание их случайных значений (9, 37J. При проектировании изделий особо ответственного назначения обычно пользуются минимальными значениями ё$ или (эт, которым соответствуют определенные значения запасов прочности Щ ТА ftT Величины этих коэффициентов (2,6 и 1,5 соответственно) отражают как уровень совершенства производства труб и сосудов, так и уровень качества производства металлов. Принятые в разных странах величины коэффициентов запаса по данным работы [67J приведены в таблице 2.1.
Приведенные запасы прочности используются для определения расчетных нагрузок и допускаемых нагрузок для бездефектных труб и сосудов, работающих под внутренним давлением, В нашей стране пока нет специальных норм, предусматривающих эксплуатацию труб с дефектами типа трещин. Однако в этом направлении ведутся интенсивные работы как у нас в стране, так и за рубежом.
Сквозные продольные трещины в трубах распространяются под действием внутреннего давления, которое создает окружные усилия в стенке сосуда в радиальном направлении. Эти усилия заставляют стенку выпучиваться около сквозной трещины. Моделирование этого состояния труб в лабораторных условиях затрудняется тем, что при испытаниях пластин нет эквивалента радиальному действию давления на стенку трубы, которое по действию на распространение трещины в натурных условиях даже важнее, чем действие окружного напряжения. Петере и Кун [117] предложили простую схему, учитывающую действие обоих компонентов. Эта схема впоследствии получила теоретическое обоснование Фолиаса [112]. Основной смысл этой схемы заключается в том, что цилиндрический сосуд давления можно уподобить плоской пластине (из того же материала, той же толщины и с такой же сквозной трещиной), нагруженной растягивающим напряжением (э , номинально равным окружному напряжению Г, умноженному просто на коэффициент М . где М - поправочный коэффициент, зависящий от длины трещины ZE , радиуса сосуда /? и толщины стенки t . Таким образом, критическое напряжение для сосуда Оє можно выразить через критическое напряжение в плоской пластине (э, которое заставляет трещину распространяться, т.е. где М полудлина сквозной трещины; fi и і - радиус и толщина стенки сосуда. В дальнейшем Андерсон и Салливан f108] предложили заменить напряжение о критическим коэффициентом интенсивности напряжений пс .
Методика экспериментального определения характеристик трещиностойкости при статическом нагружении
Таким образом, по предлагаемой методике представляется возможным расчетное определение для материала условного образца трех значений коэффициента интенсивности напряжений ( Кс, Кй и Kj ), с использованием силовых и энергетических подходов механики разрушения. Степень достоверности каждого из них устанавливается экспериментально, путем лабораторных испытаний образцов с трещиной из того же материала на сосредоточенный изгиб.
При расчете трещиностойкости реальных элементов конструкций по результатам лабораторных испытаний образцов необходимо учитывать разницу между прочностными свойствами материала и характеристиками трещиностойкости. Если прочность образцов различных геометрических размеров, вырезанных из одного и того же элемента конструкции, практически одинакова, то характеристики трещиностойкости в упругопластической постановке существенно зависят от толщины и длины трещины. Поэтому для элемента конструкции из определенного материала невозможно предварительно задаваться значениями характеристик трещиностойкости, как это делается с его прочностными свойствами, а в каждом конкретном случае необходимо проведение лабораторных испытаний образцов натзфной толщины и с трещинами определенной длины. В этом смысле достоинством предлагаемого метода является то, что он. учитывает все эти зависимости и поэтому может быть рекомендован в качестве приближенного метода определения характеристик трещиностойкости элементов конструкций.
Если расчет производится с использованием энергетического критерия 0 -интеграл, то необходимо проведение дополнительных расчетов с использованием формул (3.12+3.17) с последующим вычислением
С целью экспериментальной проверки правомерности изложенного метода определения характеристик трещиностойкости путем проведения лабораторных испытаний разработана методика низкотемпературных испытаний при статическом нагружении, позволяющая определение характеристик трещиностойкости при имеющейся технической оснащенности лаборатории с соблюдением требований методических указаний [57].
Испытания на одноосное растяжение, сосредоточенный изгиб и внецентренное растяжение проводились на разрывной машине УМЭ-10м. Основным преимуществом машин этого типа перед аналогичными машинами отечественного производства является их повышенная жесткость.
В соответствии с пунктом I.I.I9 [57] машина дополнительно оборудовалась тремя двухкоординатными потенциометрами для записи диаграмм "/ -j/" (сила Р - смещение берегов надреза V) и двумя потенциометрами для залиси "Р гп (сила Р - перемещение захватов / ) с датчиками различной конструкции.
Для более точной регистрации диаграммы " Р-т п сконструировано специальное приспособление, позволяющее дистанционное измерение перемещения при испытаниях на одноосное, внецентренное растяжение (рис. 3.2) и статический изгиб (рис. 3.3).
Во всех случаях в качестве датчика усилия применяется заводской динамометр испытательной машины с параллельным выходом на все потенциометрв. При испытаниях на растяжение нагружение производится через двойные шарниры I, переходник 12 и резьбовые шарнирные захваты II (рис. 3.2). Между нижним звеном шарнира и переходником 12 жестко зажата верхняя подвижная планка 2 приспособления. Нижняя неподвижная планка закреплена к нижнему опорному захвату. Между нижней и верхней планками посредством регулируемых по высоте переходных тяг 9 и 13 зажаты два датчика перемещения 8 и 4. Скобовый датчик 4 по своей конструкции, геометрическим размерам и тарировочным данным полностью идентичен с датчиком 6, устанавливаемым непосредственно на образец. Применяется, в основном, при низкотемпературных испытаниях, когда требуется дистанционное измерение смещения берегов надреза \Л В ходе испытания предварительно устанавливаются образец 10 и датчик смещения б, затем регулировочными винтами 3 фиксируется начальное рабочее положение дистанционного датчика 4
Соотношения энергетических параметров ударного разрушения при испытаниях на маятниковом копре МК-30
Опытный сосуд давления из стали І4Х2ШР, изготовленный на Волгоградском заводе нефтяного машиностроения им. Петрова, был испытан при температуре окружающей среды -54 С [41]. Геометрические параметры сосуда и разрушающее давление при испытаниях приведены в таблице 3.3, а прочностные свойства материала сосуда в таблице 3.1. Для оценки влияния конструктивных факторов на несущую способность сосуд имел два люка различной конструкции. Люк ДУ-450 - малогабаритный, вставной, с угловым швом приварки к корпусу, а люк ДУ-350 - с торовым воротником со стыковым швом приварки к корпусу. Предварительно перед разрушающими испытаниями сосуд подвергался циклическим нагружениям по "схеме пульсирующего цикла. Согласно задания ВНИИПХимнефтеаппаратуры за базовое число было принято 500 циклов. Средняя продолжительность цикла 3 минуты. Циклирование производилось нагружением до рабочего давления PpaSr 670 МПа с последующей разгрузкой до 0.
Разрушение сосуда производилось плавным повышением давления. При этом фиксировалось разрушающее давление и количество рабочей жидкости, израсходованное на увеличение объема сосуда. С целью определения величины остаточных пластических деформаций производилось измерение длины окружности сосуда в 25 сечениях по его длине до и после разрушения.
Разрушение сосуда произошло при достижении давления 1470 МПа. Во время разрушающих испытаний изменение расхода рабочей жидкости прямо пропорционально изменению давления (рис. 3.14). Следовательно, вплоть до самого разрушения исследуемый сосуд испытывал только упругие деформации. Такой вывод подтверждается также обмером сосуда по контрольным сечениям и результатами фрактографических исследований излома. Фрактографическими исследованиями установлено наличие 3-х дефектов в сварных швах, которые явились инициаторами развития трещин. Судя по виду шевронного рисунка разрушение началось от дефекта I (рис. 3.15) в сварном шве средней части сосуда. В ходе циклических испытаний этот дефект постоянно развивался и к моменту разрушающих испытаний в этом месте уже имелся очаг начальной, почти сквозной трещины с длиной 2fc =26 мм. При достижении давления 1470 МПа наступило лавинное разрушение и сосуд развалился на 3 части (рис. 3.15).
Номинальное разрушающее напряжение бкр% определенное по формуле (3.20), равно:
В дальнейшем расчет производим с использованием методики расчета цилиндрических сосудов со сквозной трещиной flOlJ р т/жёу //f где б - номинальное разрушающее напряжение. Определяется по результатам натурного испытания, б 550 МПа. Кс - критический коэффициент интенсивности напряжений Для проверочного расчета принимаем =/ -, при -р- =0,45. /Yj - расчетное критическое значение КИН, определяемое по предлагаемой методике (рис. 3.8 в), ftj =116 МПа м . У - поправка на пластическую зону у кончика трещины. При определении данного коэффициента применяются различные подходы в зависимости от условий испытания и прочностных свойств материала (раздел 2.2).
М - коэффициент, учитывающий выпучивание трубы при наличии сквозной трещины. Определяется по формуле (2.42). Учитывая изложенные выше условия испытания для исследуемого сосуда, приближенно можно принять Тогда по формуле (3.25) расчетное значение номинального раз-рушающего напряжения равно 0 =585 МПа, что дает расхождение от результатов натурных испытаний 5,5 %.
Для оценки работоспособности сосуда по критерию - предел трещиностойкости в формуле (3.25), задаваясь различными длинами трещины L , при постоянном значении номинальных разрушающих напряжений бій — определяем критические значения коэффициента интенсивности напряжений / „ При этом трещиностойкость материала сосуда, как и в предыдущем разделе 3.4.2, определяется по предлагаемому экспрессному методу оценки трещиностойкости по графику (рис. 3.8, в) и формулам (3.4, 3.22, 3.23) (рис. 3.15). По данному графику перенос точки С% характеризующей предельное состояние сосуда, на левую часть дает критическую полудлину трещины, равную в «17 мм. Фактическая полудлина очаговой усталостной трещины, определенная фрактографическим анализом, равна = г13 мм.
Таким образом, замена экспериментальной части критерия -предел трещиностойкости предлагаемым экспрессным методом оценки трещиностойкости позволяет без проведения лабораторных испытаний с достаточной степенью точности определить уровень разрушающих напряжений и критических размеров дефекта при различных рабочих режимах, что подтверждается натурными испытаниями труб большого диаметра, полноразмерного сосуда давления и лабораторными испытаниями образцов натурной толщины из их материалов.
Расчет на прочность кожуха мотор-колеса автосамосвала М-200 по месту характерного разрушения
Моменты и напряжения определяются аналогично предыдущим расчетам. Расчетная схема и формулы при опрокидывании автосамосвала идентичны с режимом достижения максимальной тяговой силы (рис. 5.2 в) за исключением того, что при этом режиме на одну сторону приходится вся нагрузка, воспринимаемая задним мостом
Расчет цри действии максимальной динамической силы (рис. 5.2 ж) [14] Максимальная динамическая сила для опасного сечения возникает в случае, когда линия приложения нагрузки проходит через середину наружной шины. Принимаем коэффициент динамичности К -2,5, "диц ZK - вертикальная реакция колеса при действии максимальной динамической силы; г?к - вертикальная реакция при действии максимальной тяговой силы. В этом услучае плечо изгибающих моментов /% увеличивается на величину расстояния от середины наружного подшипника до середины наружной шины (рис. 5.2 ж). С принятием этих условий расчет производится аналогично режиму I.
Ориентировочный запас прочности по максимальным нагрузкам рассматриваемых режимов эксплуатации определяем по отношению к пределу текучести материала кожуха цри положительных температурах:
Результаты расчета на прочность приведены в таблице 5.1. Как видно из таблицы 5.Ї, несмотря на экстремальность выбранных режимов эксплуатации, при отсутствии дефекта типа трещин, исследуемая деталь сохраняет достаточные значения запаса прочности относительно предела текучести От материала при всех рассмотренных режимах.
Прочностной расчет позволяет установление только уровня действующих нагрузок на исследуемую деталь по опасному сечению при различных режимах эксплуатации автосамосвалов. Разрушающие напряжения с учетом характера нагружения, масштабного фактора, размеров исходного дефекта и температуры эксплуатации производим по результатам лабораторных испытаний.
По результатам испытания гладких образцов на одноосное растяжение (ГОСТ 1497-73), образцов с трещиной на внецентренное растяжение [57] и надрезанных образцов на ударный изгиб (ГОСТ II150-65) в широком интервале температур определены следующие четыре вида разрушающих напряжений для исследуемой детали с ис пользованием различных подходов механики разрушения: &КрГ критическое разрушающее напряжение для детали по результатам испытаний гладкого образца с учетом масштабного фактора; cm
Окр2 критическое разрушающее напряжение для детали по результатам испытаний образцов с трещиной на внецентренное растяжение с учетом фактического размера трещины детали; Є - критическое разрушающее напряжение для детали по резуль-татам стандартных ударных испытаний с учетом масштабного фактора; 6L- критическое разрушающее напряжение для детали по результатам ударных испытаний с учетом фактического размера трещины детали. Результаты статических и динамических испытаний лабораторных образцов приведены в таблице 5.2.
По данным фрактографического анализа ( =20 мм и 2С =150 мм) по зависимости Q= f Сёс) (рис. 3.II) [76J определяется значение ф=1,1. Подставляя значения К0 и (?в формулу (5.8), оп-ределяется температурная зависимость разрушающих напряжений хрз для кожуха мотор-колеса при наличии трещины вышеуказанных размеров.
Для учета динамичности характера приложения нагрузок на ис-следуемую деталь расчет разрушающих нагрузок 5 и брр2ш формулам (5.7 и 5.8) производится с использованием результатов ударных испытаний с оециллографированием процесса разрушения.
После замены величины предела прочности гладкого образца на динамическую прочность образца на ударный изгиб Ос и подстановки геометрических размеров его сечения в формулу (5.7), получаем выражение для определения разрушающих напряжений для кожуха мотор-колеса по результатам ударных испытаний с учетом масштиабного фактора динамическая прочность по результатам ударных испытаний (табл. 5.2); 3 , К и t - ширина, длина надреза и толщина стандартного ударного образца; fOpzz 0,09 - безразмерный коэффициент для сталей данного класса при изгибе. Заменой Aj на Кс по формуле (5.8) определяем разрушающее напряжение для детали с начальной трещиной при динамическом приложении нагрузок бкрг Сопоставление напряжений, определенных по прочностному расчету исследуемой детали при различных режимах эксплуатации автосамосвала табл. 5.2 с разрушающими напряжениями, вычисленными по результатам испытания лабораторных образцов, представлено на (рис. 5.10).
Действующие напряжения, определенные по прочностному расчету, (горизонтальные линии 1, 2, 3, б и 7) не учитывают температурного фактора, а являются только функциями максимальных нагрузок, возникающих при каждом рассматриваемом режиме эксплуатации.
Разрушающие напряжения определяют поведение материала исследуемой детали с учетом ее геометрии, температуры эксплуатации, размера исходной трещины и характера приложения нагрузки (пунктирные линии 4, 5, 8 и 9)на рис. 5.10). По точке пересечения этих линий с линиями действующих напряжений можно определить приближенно критическую температуру эксплуатации автосамосвала с полной загрузкой при каждом рассматриваемом режиме.
Так, линия 9, соответствующая разрушающему напряжению бездефектной детали (5 при действии статических нагрузок не пересекается ни с одной из линий расчетных напряжений и по значению близка к пределу текучести . материалах кожуха.
