Введение к работе
Актуальность работа. Создание. высоконадежных конструкций, работающих в условиях вибрации ; связано как с разработкой новых конструкционных материалов, так и использованием в прочностных расчетах уточненных характеристик усталости,.
Низкочастотные усталостные испытания .' требуют значительных материальных затрат. Для снижения трудоемкости испытаний при больших базах (10*-Ю40 циклов) перспективным является использование высоких (звуковых и ультразвуковых) частот нагруже^ия, позволяющих за приемлемый промежуток времени обеспечить наработку заданного числа циклов нагрузки и установить закономерности влияния частоты деформирования на циклически долговечность материалов.
Однако, в связи в отличием величин циклической прочности^ получаемых при разных ' частотах, требуется установление научно-обоснованных зависимостей между параметрами выносливости и целым рядом структурно-чувствительных свойств. (СТО. материалов на осно-веоконплексных исследований кинетики физико-механических характеристик (ФНХ) при воздействщі знакопеременных напряжений широкого. амплитудно-частотного диапазона.
Связь с научными программами.- Диссертация является самостоятельной часть» исследований, проводимая в соответствии с научным напраь.іеннеі. кафедры дете ей машин и ПТУ. БГТУ, координационными планами важне"них научно-исследовэтрльских работ в области естественных, технических и бйцественинх наук по РБ на 1991-1995 г.г., Республиканскими научно-техническими программами "машиностроение" (задание 08.08), "Номотех" (задание 126а) нэ 1991-1995 Г. г. и договорами о совместных исследованиях с рядом организаций: ЦАГИ им, Н, ..Б. Зуковского, ЛИИ ті. М* И. Громова, ОТП АН 'УкраинНі
Целью настоящей работы является установление закономерностей влияния амплитудно-частотных параметров (АЧП) изгибных колебаний ІНВ' циклическую ; ллговэчность л кинетику ФШ металлов и сллавоэ, изучение физической -сущности влияния скорости циклических деформаций на механизмы усталостного повреждения и разработка на этой основе научно-обоснованной методики ускоренного прогнозирования низкочастотной циклической долговечности металлических материалов по результатам високочастотних испытаний,
Для достижения поставленной цели необходимо било решиті следующие задачи: ./,--1
создать испытательные комплексы и приборное обеспечение, позволяющие проводить Ациклическое нагруженив образцов знакопеременным изгибом, в диапазоне частот от 0. 3 до 44 кГц,' .
разработать методику расчетного определения напряженно-деформированного состояния колеблющихся пластинчатых неделей с учэтэн депланяции их сечений;
определить,влияние АЧП лагругения ка характеристики циклической прочности материалов с различными ФМХ \ Ікьди Ні, стали 20X13, сплавов Діб, Д1В04АТ15, АНгЗН, 1420С, .1420СТТ1, 1163АТ, 116ЭРДТ) при отсутствии факторов, искажающих закономерности влияг >ния частота и провести-комплексные исследования кинетики СЧС ртих 'материалов', .'-'.''
установить влияние скорости циклических напряженки, на величину пороговых напряжений, ниже которых практически, не наблюдается необратимых изменений ,ФНХ материалов;
разработать,элементы "физической модели влияния .АЧП нзгруже-ния на эводк^да дислокационной структуры материалов, на .основе которой обосновать использование, високочастотних колебаний '}
КаЧеСТВС ЭффекТИВНОГО НЄТОДй ускорения уСТаЛОСТЕНХ ИСІІсіТцНКЙ.
Научная новизна. Разработаны методы усталостных испытаний t. изучения кинетики- Здзико-механических , свойств іСііС) «ьтериалаї при действии изгнбных колебание в диапазоне частот 0. 3-44 кГц. ,
.Получены новые количественные, данные о влиянии ,частота изгнбных колебаний на характеристики сопротивления усталости большой номенклатуры металлов и сплавов с различными СИХ и в разни; структурных состояниях." Показано, что в исследуемом диапазон частот усталостная .долговечность материалов монотонно возрастает, ф Впервые проведены в ссасставккых условиях .систематически комплексные исследования эдияыя амплитудно-частотных и -временны' параметров 1АЧВП) , изгнбных колебаний на кинетику СЧ материалов, начиная от ранних стадий циклического повреждения до состояния предшествующего усталостному' разруиени».,- Установлено,.'что меха низмк н?"опления. усталостных повреждений оказываются качественно
одинаковыми в исследуемом диапазоне г частот, что подтверждает существование единой физической природы усталости при действии низких и высоких частот.
Впервые для веек исслэдовэннь-х материалов и частот определены циклические пороговые напряжения ttia ). Показано, что для
данного материала разность между G..t и Ga является величиной практически постоянной для всего исследуемого диапазона частот.
Разработана частичная физическая модель влияния частоты механических колебаний на эволюцию дислокационной структури, установлено, что в первом приближении величины Ga совпадают с критическими напряжениями 16а) старта работа источника Франка-Рида.
Нз Основании проведенных исследований предложена обоснованная методика ускоренного прогнозирования характеристик низкочастотной усталости по результатам высокочастотных испытаний.
Лрактическая значимость полученных результатов. Разработан-'1 нов непитательное оборудование с автоматическим поддержанием заданных АЧП нагружения, полученные теоретические и экспериментальные результаты по влиянию частоты изгибных колебаний на характеристики усталости и кинетику ФИХ широкой номенклатуры металлов и сплавов, предложенная методика ускоренного прогнозирования низкочастотной усталостной долговечности металлических материалов по результатам высокочастотных испнтанлй используютст на ряде предпр 'ятий ч организаций 'ашиностроительной и авиационной промы-иленрости при значительном сокращении времени проведения испы--таний и сроков внедрения нсвых изделий н матбриалоэ. .;
Внедрение результатов работы в, ЦАГИ им. И. Е. Чуковского и ЛИИ им. И. И. Громова в период с 1985 по 1988 г. г. позволило получить экономических эффект в сунне 400 тыс. руб. с долевым участием автора 200 тис. руб. с
Основные положения, ввчосиннв на защиту. Испытательное обо-рудовэние с приборным обеспечением и методики исследований усталостной прочности и ФНС конструкционных материалов при действии иэгибных напряжений широкого диапазона частот;
методология расчетного определения напряженно-деформировак-ного состояния циклически колеблющихся элементов колейательннх систем с учетом депланации;
результаты комплексный экспериментальный исследований циклической прочности и кинетики ФМХ болшой номенклатуры металлов и сплавов при действии различных АЧВП нагрукения;
результата теоретических исследований физической сугщости влияния частота механических колебаний на эволюция дислокационной' структуры материалов, взаимосвязь критическихнапряжений старта, работа источника Франка-Рида, с лороговани;
' методика ускоренного определения низкочастотной усталостной долговечности по результатам .высокочастотных испытаний.
Личный вклад автора. Диссертация является результатам непос- родственной работы соискателя.' Ил . проведены теоретические и '' экспериментальные исследования по 'установлен:!» закономерностей . влияния АЧВП изгибных колебаний на усталостную прочность и кине-тику ФНХ, в тон числе и циклических пороговый напряжений широкой ' номенклатуры конструкционных материалов. Автором создан экспе-.' риментальный комплекс испытательного'оборудования . с программным обеспечением, разработаны методики испытаний к расчета элементов, колебятрлъннх "систем. Проведена теоретические исследования физи- ' ческой сущности ВЛИЯНЇІЯ частоті: механических колебаний на характеристики циклической прочности металлических материалов,. на ос-новэ которь_ разработана : реализована методика ускоренного определения низкочастотной' усталостной долговечности металлов и сплавов по результатам р.^сокочастотных испытаний.
Апробация результатов исследований. Основные результаты дне-' свртцционной работы докладывались ча VI Всесоюзні..* научно-технической конференции nj ультразвуковым методам интенсификации технологических процессов (Москва, 1967) і Всесоюзных конференция:: "Прочность, материалов и элементов конструкций при звуковых и ультразвуковых частотах нагругения" '(Киев, 1988, 19Э2); Ш, IV и V Неддун''род:шх Симпозиумах научно-технических проблем ползучести материалов (Белосток, 1989, 1992, 1995); Исгдунгродаой конференции '.'Ультрзззук с технологии наакаостроения-91» (Архангельск, 1991); международной конференции "Колебания и волны в экологии? технологически процессах и диагностика" (Нинск, 1993); на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава БГГУ (г. Нинск, 1986-1987 гг. ).
Публикации. *- По результатам ;исследован"j опубликовано 12 статей, В тезисов конференции.
Структура и объем диссертации. ~ Диссертация состоит из введа-.ния, '"четырех глаз, выводов,' списка использованных источников и приложений.' .Работа изложена га 225 страницах, включая 16 таблиц, 74 иллюстрации и 247 'наименований литературный источников. Рисунки и приложения закипают 109 страниц.
