Введение к работе
Актуальность темы. Существует класс машин, при оценке технического состояния которых особое внимание уделяется технической диагностике металлической конструкции, воспринимающей, в процессе эксплуатации, основные рабочие нагрузки и несущей основные рабочие механизмы. К таким машинам относятся авиационная техника, грузоподъемные машины, дорожные и строительные машины, горные машины, водный транспорт и т.д. Потеря несущей способности металлоконструкциями указанных машин приводит к травмированию людей, материальным затратам, а в ряде случаев носит катастрофический характер. Объектом исследования диссертационной работы являются металлические конструкции грузоподъемных машин.
Одним из средств, направленных на повышение безопасности эксплуатации несущих металлоконструкций машин путем определения их текущего состояния, является их техническая диагностика с использованием методов и средств неразрушающего контроля. Современный уровень развития методов и средств неразрушающего контроля позволяет эффективно выявлять дефекты в условиях эксплуатации металлоконструкций. Однако, эксплуатационные дефекты возникают и зарождаются на завершающей стадии «жизни» металла. Тогда как предваряющие эту стадию усталостные изменения развиваются и накапливаются медленно, долго и постепенно, причем в течение самого продуктивного этапа эксплуатации. Эти процессы идут с явным опережением в зонах концентрации напряжений. Оценка накопленных усталостных повреждений позволяет прогнозировать зарождение эксплуатационных дефектов и, следовательно, предупреждать возможные аварии, но при условии, что найден эффективный параметр контроля реального состояния металлоконструкции.
В связи с этим, актуальным является повышение безопасности эксплуатации машин путем диагностики и мониторинга их несущих металлоконструкций, основанных на оценке накопленных усталостных повреждений по размерам зоны упругопластической деформации.
Цель работы. Повышение безопасности эксплуатации несущих металлоконструкций машин методом диагностики их технического состояния по размерам зоны упругопластической деформации в условиях циклического нагру-жения.
Поставленная цель работы и анализ состояния вопроса позволили сформулировать следующие задачи исследования:
-
Анализ напряженно-деформированного состояния несущих металлоконструкций машин с учетом влияния зон концентрации напряжений.
-
Построение модели развития зоны упругопластического деформирования металлоконструкций при циклическом нагружении.
-
Разработка метода диагностирования металлоконструкций, основанного на анализе зоны упругопластического деформирования.
-
Анализ изменений размеров зоны упругопластического деформирования поверхности элемента металлоконструкции под дейСШШГПВИПга^Ш^ьгру-
зок с помощью автоматизированных средств оптической BftfeSWeWflSP1 !
С.Петеевмг д-?Л
5. Построение модели определения выработанного ресурса металлоконструкции на основе анализа изменений размеров зоны упругопластического деформирования.
Методы исследования. Теоретические положения работы основаны на элементах деформационной теории и метода конечных элементов. Для проведения расчетов использовалась САПР АРМ WinMachine, вычислительная среда Mathcad 11.A Enterprise Edition, Origin 4.1 и. среда программирования Delphi Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена сравнением результатов моделирования с результатами экспериментальных исследований.
Достоверность научных положений и выводов подтверждается корректным использованием фундаментальных положений деформационной теории, адекватностью разработанной математической модели реальным процессам, подтверждением полученных теоретических результатов данными эксперимента и результатами промышленной апробации.
Основные положения, выносимые автором на защиту:
-
Метод диагностики несущих металлоконструкций машин, основанный на анализе изменений линейных размеров зоны упругопластической деформации контрольных площадок под действием циклического наїружения
-
Математическая модель накопления усталостных повреждений, учитывающая влияние геометрических размеров зоны упругопластической деформации на момент зарождения усталостной трещины.
-
Методика оценки потенциальных мест разрушения металлоконструкций машин.
-
Регрессионная модель оценки ресурса диагностируемого образца.
Научная новизна. В диссертации впервые установлена связь между стадиями накопления усталости и линейными размерами зоны упругопластической деформации нагружаемого материала, на основании которой разработан и запатентован способ контроля трещинообразования металлоконструкций машин.
Практическая значимость работы заключается в возможности применения способа контроля трещинообразования и программного обеспечения Resource для оценки выработанного ресурса нагружаемого материала на стадии зарождения усталостной трещины металлоконструкций машин, предельным состоянием которых является усталость.
Реализация работы. Результаты, представленные в диссертационной работе, использованы на предприятии ОАО НПО «Технохолод», а также в учебном процессе в курсе «Диагностика грузоподъемных машин» в Тульском государственном университете.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Подъемно - транспортные машины и оборудование» Тульского государственного университета, на научно-практическом семинаре «Проблемы оценки остаточного ресурса подъёмно-транспортных, строительных и дорожных машин» (2005 г., г. Москва), на I Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов
«ИДЕИ МОЛОДЫХ - НОВОЙ РОССИИ» (2004 г , г Тула), на VI и VHI межвузовских научно-технических конференциях студентов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, путевые машины и робототехниче-ские комплексы» (2002 г., 2004 г, г. Москва), на международном форуме по проблемам науки, техники и образования (2004 г., г Москва), на международной конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (2003 г., г. Тула), на конференции «Технологическая системотехника - 2002» (2002 г., г. Тула).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе получен 1 патент.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, изложенных на 173 страницах, содержит 10 таблиц, 39 рисунков, 2 приложения, список литературы из 112 наименований.
Похожие диссертации на Метод диагностики несущих металлоконструкций машин по размерам зоны упругопластической деформации
