Введение к работе
Актуальность темы. В общем машиностроении уделяется большое внимание вопросам прочности, надежности и долговечности механического оборудования при проектировании и изготовлении металлоемких конструкций.
На прочность и долговечность материалов и деталей влияет большое количество факторов: природа металла, температура, масштабный эффект, концентрация напряжений, асимметрия циклического нагружения, частота циклов и другие. Существенным является изучение вопроса изменения прочности и долговечности металлов и сплавов под влиянием фактора частоты циклов. Влияние частоты циклов нагружения () неразрывно связано с поверхностными эффектами, происходящими в образцах (деталях). Влияние этого фактора на показатели сопротивления усталости материалов и изменения структуры металла является сложным, что затрудняет получение закономерностей, позволяющих прогнозировать долговечность деталей машин с учётом (частоты циклов нагружения).
Исходя из изложенного актуальность заключается в том, чтобы эти характеристики ввести в метод определения прочности и долговечности деталей машин и конструкций с учетом эффектов, происходящих на их поверхности.
Научная задача заключается в разработке метода оценки и прогнозирования влияния частоты циклического нагружения на прочность и долговечность конструкционных материалов и натурных деталей машин и конструкций.
Цель работы - разработка метода учета влияния частоты циклического нагружения образцов (деталей) и обоснование их применимости для прогноза кривых усталости и прогнозирования долговечности натурных деталей машин и конструкций.
Научная новизна работы:
1. Изучены физические процессы влияния частоты циклического нагружения с позиций повреждаемости поверхности чистых металлов и конструкционных материалов.
2. Получены новые зависимости показателей сопротивления усталости образцов (деталей), позволяющие определить их прочность и долговечность.
3. Обоснована применимость новых характеристик поверхностных эффектов, используемая для прогнозирования прочности и долговечности деталей машин и конструкций по повреждаемости их поверхности.
4. Получена новая зависимость повреждаемости поверхности в виде полос скольжения от частоты циклов нагружения.
5. Установлено неоднозначное влияние частоты циклов нагружения на параметры сопротивления усталости и получены новые зависимости.
Практическая ценность работы:
1. Решен ряд практических задач прогнозирования показателей сопротивления усталости лабораторных образцов и натурных деталей.
2. Определены численные значения повреждаемости поверхности при циклической нагрузке, а также показатели сопротивления усталости материалов с учетом влияния частоты циклов нагружения.
3. Получены новые зависимости повреждаемости поверхности от частоты циклов нагружения и его асимметрии, которые являются основой расчетного метода по определению прочности и долговечности конструкционных материалов.
4. Показана возможность применения новых характеристик в прогнозировании кривых усталости натурных деталей шасси самолета.
Достоверность исследования заключается в применении высокоточных экспериментальных установок, в достаточно широких статистических испытаниях чистых металлов, сталей и сплавов, в хорошей сходимости результатов прогноза и натурных испытаний деталей машин и конструкции.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Результаты исследования показывающие неоднозначное влияние частоты циклического нагружения на показатели сопротивления усталости материалов.
2. Новые экспериментальные зависимости изменения показателей сопротивления усталости при изменении частоты циклического нагружения.
3. Анализ влияния изменения частоты циклического нагружения на повреждаемость поверхности материалов.
4. Результаты исследования физических явлений процесса усталости в связи с изменением частоты циклического нагружения.
5. Методика расчета долговечности материалов по повреждаемости поверхности деталей машин и конструкций.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах и конференциях: «14-я Нижегородская сессия молодых ученых. Технические науки» (Татинец, Нижегородская обл., 2009); Межрегиональная научно-практическая конференция «Заготовительные производства и материаловедение» посвященная 100-летию профессора А.А. Рыжикова (Н.Новгород, 2009); VIII международная молодежная научно-техническая конференция «Будущее технической науки» (Н.Новгород, 2009); 6-я Международная научно-техническая конференция «Современная металлургия начала нового тысячелетия» (Липецк,2009); III международная конференция «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» ИМЕТ РАН (Москва, 2009). Результаты работы нашли практическое применение на предприятии г. Н. Новгорода НОАО «Гидромаш».
Личный вклад автора. Автору принадлежит постановка и анализ задач выполненных исследований, обоснование и разработка основных положений, определяющих научную новизну и практическую значимость диссертационной работы.
Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь работ, включая 3 статьи в журналах входящих в перечень ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка используемой литературы (105 наименований), приложения. Работа содержит 118 листов машинописного текста, в том числе 43 рисунка, 4 таблицы. В приложение включены документы, подтверждающие практическое использование результатов работы на предприятиях г. Н. Новгорода: НОАО «Гидромаш».
