Введение к работе
Актуальность темы. Несмотря на успехи в изучении закономерностей усталостного разрушения и развитие методов повышения выносливости материалов и изготовляемых из них конструкций, количество аварийных разрушений по причине усталостного явления по-прежнему значительно. Большинство конструкций и деталей машин, работающих при циклических нагрузках, разрушаются вследствие зарождения и развития трещины в зонах концентрации напряжений. Известно, что основной характеристикой переменного нагружения выступает цикл напряжений, важным параметром которого является частота нагружения.
Разрушение конструкций может быть предотвращено либо за счет применения материалов с бсздефеїсгной кристаллической структурой, либо путем точного прогнозирования и диагностирования технического состояния силовых элементов. Очевидно, что предварительная оценка возможных изменений несущей способности силовых элементов реальных конструкций и технических систем позволит предотвратить их отказы, аварийные разрушения, избежать крупных экономических потерь. Поэтому особый интерес представляет установление характеристик сопротивления конструкционных сталей зарождению усталостной трещины и определение длительности начального этапа развития усталостной трещины в элементах конструкций.
В основу диссертации положены результаты исследований по теме 1.11.5.2. Раздел 4. «Разработка методики испытания крупногабаритных конструкций с трещиной при статическом, повторно-ударном и циклическом нагружениях и разработка методов прогнозирования долговечности элементов конструкций, работающих в условиях низких темеператур» ИФТПС СО РАН плана КП РАН.
Целью работы является количественная оценка начального этапа развития усталостной трещины при циклическом нагруже-нии деталей и элементов конструкций.
Для выполнения поставленной цели решены следующие задачи:
обобщены теоретические и экспериментальные исследования основных стадий усталостного разрушения конструкционных сталей и влияния частоты нагружения на сопротивление развитию трещин при многоцикловой усталости;
разработана методика специального усталостного испытания для выделения начального этапа развития усталостной трещины с учетом собственных колебаний консольных прямоугольных образцов в линейной постановке.
экспериментально-расчетным методом определены накопление повреждений на этапах зарождения и распространения усталостной трещины в прямоугольных образцах;
рассчитана длительность начального этапа развития усталостной трещины на участке магистрального газопровода линии Мастах-Якутск в условиях поперечных колебаний трубопроводов.
- определена длительность начального этапа развития усталостной макротрещины при экспертизе разрушения лопатки турбинной установки ГРЭС г. Якутска.
Научная новизна. Установлена возможность расчета длительности начального этапа развития усталостной трещины по характеру изменения частоты собственных колебаний конструкции и размеру зоны предразрушения в окрестности концентратора напряжений. Предложена методика расчета рассеянной повреждаемости конструкций из низколегированной стали, испытывающих собственные колебания.
Практическая ценность состоит в разработке метода оценки ресурса силовых элементов конструкций с концентраторами напряжений, испытывающих собственные колебания, по длительности начального этапа развития усталостной трещины.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследовании докладывались и обсуждались на: 2-ой международной конференции «Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности металлических конструкций и методы их решения» - г. Санкт-Петербург, 1997г.; региональном семинаре «Технология и качество сварки в условиях низких температур» -Як\тск. 1997г.; ежегодных республиканских научно-практических конференциях молодых ученых и аспирантов - г. Якутск, 1993-97 г.г.; научно-практической конференции «Наука - невостребованный потенциал», посвященный 40-летию ЯГУ - Якутск, 1996 г.; научном семинаре кафедры «Сопротивление материалов» СПбГТУ - г. Санкт-Петербург, 1997г.; научных семинарах лаборатории 214 ИФТПС - Якутск, 1997-1998г.г.; научных семинарах кафедры «Машиноведение» ИПФ ПИ ЯГУ - Якутск, 1992-98г.г.;
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков и 10 таблиц, 141 наименований библиографических ссылок.