Введение к работе
Актуальность работа. Надежность гребных впнгоз крупнотоннажных судоа в значительной степени зависят от работоспособности ах лопасгей. Существующие методы оценки прочности лопастей треб-ных винтов тробуюг значительной дорабогкл, гак как известим многочисленные случаи их разрушения. Лопастп гребных винтов работают в условиях воздействия мзхапнчоских напряжений, коррозионной среды и навигационной эрозии. Процессу разрушения лопасгей способствуют различные дефекты и остаточные напряжений, возникающие при изготовлении и эксплуатации гребного винга.
Для эффективной расчетной оценки долговечности лопасгей гроб-шх винтов пообходимо использовать современный аппарат линейной механики разрушения, позволяющей опродолять остаточный росурс попасти при наличии поверхностных дефектов с учогом неоднородного поля действующих напряжений и остаточных напряжений. Полезно также уметь точно определять долговечность лопасти без дефектов.
Вопросы, связанные с изучением процесса усталостного разрушения лопасгей, всегда привлекали внимание многих исследователей как у нас в стране, так и за рубежом. Вместе с таи, известные из литературы данные по коррозиокно-усгалосгному разрушению алюминиевых бронз и лопасгей из них восьма немногочисленны, причем отсутствует инженерная методика оценки долговечности.
В связи с изложенным развитие эффективной мзгодякг; инженерного расчета на долговечность лопасти гребного винга представляется актуальной задачей. Рошение этой задачи требуог, в свою очередь, накопления новых экспериментальных данных по трещиностонкости алюминиевых бронз, в особенности при наличии поверхностной трещины, а также создании практически приемлемой модели роста такой трощины в условиях неоднородного поля циклических напряжений.
Предлагаемая работа посвящена решению указанных задач. Цель работы состоит в теоретическом развитии и экспериментальной проверке метода оценки долговечности лопасти гребного винга как с исходным дефектом, гак и баз него при учете неоднородного напряженного состояния и наличия остаточных напряжений в лопасти на основе аппарата линейной механики разрушения.
Научная новизна. Продложона методика оцонки долговечности лопасти гребного винта крупнотоннажного судна, позволяющая рассчитать ресурс лопасти с дефектом .любой формы и произвольного местоположения на нагнетающей поверхности лопасти.
Разработана экспериментально-теоретическая модель роста поверхностной трещины с тремя гоомотрическими параметрами, определяющими форму трещины в любой момонг времени, с учогом ноодноро; ного поля напряжений. Разработан алгоритм расчета долговечности и программное обеспечение.
Получен набор экспериментальных данных об изменении характеристик сопротивления усталости и циклической трощиносгойкосги отечественных алюминиевых бронз в зависимости от вида коррозионной среды и величины коэффициента асимметрии цикла нагружения.
Практическая ценность и реализация результатов. Разработанная методика определения долговечности лопастей гребных винтов позволяет теоретически рассчитывать их ресурс, либо предполагая отсутствие технологических дефектов, либо учитывая дефекты, обнаруженные при инспектировании состояния поверхности лопасти. Пре; лагаемая методика позволяет также оценивагь влияние на осгагочні ресурс лопасти различных способов ее ремонта.
Разработанная модоль роста поворхпосгной трещины в алюминиевых бронзах с учетом неоднородного поля напряжений применима не только к лопастям гребных винтов, но и к другим деталям машин и элементам конструкций, изготовленных из этих бронз.
Результаты работы использовались в экспертных оценках причин разрушения лопастей.круялотоннажных судов, приписанных к Новороссийскому морскому пароходству.
На защиту выносятся:
метод оценки долговечности лопасти гребного винта крупного нажного судна с исходным дефектом или без него, с учетом неодно родноеги поля напряжений и наличия остаточных напряжений;
модоль роста поверхностной трещины в условиях неоднородног плоского напряженного состояния;
новые экспериментальные результаты по влиянию асиммогрии цикла нагружения и коррозионной среды на характеристики цикличе ской трощиносгойкосги и сопротивления усталости бронз Бр.А5Ш9-4 и Бр.Л8Мц14253Н2.
Достоверность результатов работы. Эффективность разработанной расчетной методики подтверждена экспериментальными исследованиями циклической трециносгойкости крупногабаритных пластин, имитирующих лопасти гребных вингов, а также натурными данными о разрушении указанных лопастей.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на Ш -Всесоюзном симпозиуме по механике разрушения (Житомир, 1990 г.), научно-производственной конференции "Механика машин и систем машин водного транспорта" (Одесса, 1990 г.), ХХЗ'Ш межреспубликанском семинаре "Актуальные пробломн прочности" (Вологда, 1992 г.), научных семинарах кафедр сопротивления материалов и строительной механики СПб Г!У.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ, список которых продегавлон в конце авторофората.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложения. Габога содержит 94 страниц машинописного текста, 72 рисунка, 10 таблиц, библиографический список из 100 литературных источников.