Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В настоящее время в связи с интеграцией экономики страны в мировой рынок остро встаёт проблема конкурентоспособности отечественной мобильной техники. Это значительно повышает требования к обеспечению её надёжности при одновременном снижении материалоёмкости и удельных эксплуатационных расходов, и доведении этих показателей до уровня мировых стандартов.
Повышение надёжности мобильной техники при одновременном снижении материалоёмкости - две противоречивые, зачастую взаимоисключающие проблемы, решение которых требует, чтобы несущая способность конструкций использовалась практически полностью. Поэтому возникает необходимость при создании таких конструкций учитывать процесс разрушения. Глубокое изучение этого процесса позволит управлять им и обеспечить работу мобильной техники в условиях регламентируемого разрушения, так как уже на стадии проектирования можно будет перейти от принципа "безопасного ресурса" к принципу "безопасного повреждения".
Особый интерес представляет проблема прогнозирования индивидуального остаточного ресурса (живучести) мобильной техники на стадии эксплуатации, решение которой открывает дополнительные пути для получения экономического эффекта. Переход к индивидуальному прогнозированию ведёт к увеличению среднего ресурса машин и открывает путь для обоснованного выбора оптимального ресурса и межремонтных периодов.
Поскольку указанная проблема решена недостаточно, тема диссертации актуальна и представляет научный и практический интерес.
Разработка более совершенных методов и средств оценки повреждаемости и остаточного ресурса соответствует программам Академии наук, Академии инженерных наук, Академии сельскохозяйственных наук и Академии транспорта РФ (05.020Ф и 05.040Ф), принятым в 1991...95г.г., а также планам НИР Оренбургского государственного университета (ОГУ) по темам №01890006482 и №01840051496, выполненным в период 1989... 1996г.г.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Целью настоящей работы является повышение эффективности НИОКР по созданию несущих систем мобильной техники с высокой надёжностью и пониженной металлоёмкостью за счет перехода на стадии проектирования конструкций к принципу "безопасного повреждения", а на стадии эксплуатации - к прогнозированию индивидуачьной живучести машин. Задачами работы, обусловленными её целью и анализом состояния вопроса, являются:
разработка структурно-энергетического подхода к оценке сопротивления хрупкому разрушению;
разработка методики неразрушающей оценки сопротивления хрупкому разрушению и критической температуры хрупкости сварных соединений;
исследование и описание закономерностей роста усталостных трещин и остановок в их развитии с учётом истории нагружения;
разработка (по результатам испытаний образцов и локальных моделей) методики оценки живучести узлов несущих систем мобильной техники при наличии в них трещин.
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ - типовые узлы рамных несущих систем автомобилей и их прицепов, строительных и сельскохозяйственных машин транспортного и технологического назначения.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ основывается на энергетическом (термодинамическом) методе прогнозирования истинных характеристик прочности материалов в разнообразных условиях деформации и теории механики трещин, а также включает экспериментальные исследования кинетики усталостного разрушения и статистический анализ их результатов.
-
Предложен новый физически обоснованный термодинамический критерий хрупкого разрушения и методика косвенной неразрушающеи его оценки и критической температуры хрупкости через измерение твёрдости.
-
Выявлены, сформулированы и описаны закономерности роста усталостных трещин, условий остановки в их развитии с учётом истории нагружения, применимые при напряжениях выше и ниже исходного предела выносливости;
-
Разработана методика определения исходного предела выносливости и его снижения с ростом трещины.
-
Разработаны теоретические основы, методика и алгоритмы оценки живучести несущих систем мобильной техники при наличии в них трещин.
1. Предложенный физически обоснованный критерий хрупкого разрушения и
неразрушающий метод его оценки по измерению твёрдости позволяет:
на стадии проектирования выбрать материал и типы сварных соединений с требуемой хладостойкостью и регламентировать допускаемые при изготовлении дефекты сварки;
на стадии эксплуатации предсказать наступление хрупкого состояния в локальных точках сварного соединения.
-
Предложен сравнительный анализ сопротивления росту усталостных трещин некоторых марок низколегированных сталей
-
Предложенная методика определения исходного предела выносливости и его снижения с ростом трещины позволяет:
получить эти характеристики испытанием единичной локальной модели;
достигнуть большей достоверности результатов испытаний, так как рассеяние характеристик живучести намного меньше, чем характеристик выносливости по окончательному разрушению.
4. Разработанная методика оценки живучести узлов позволяет обоснованно и с
установленной вероятностью неразрушения:
на стадии проектирования выбрать материал и сварные узлы с повышенной живучестью и перейти на методику определения ресурса по принципу безопасного повреждения;
на стадии эксплуатации прогнозировать индивидуальный остаточный ресурс несущих систем по результатам наблюдений за их состоянием в процессе эксплуатации, а также более обоснованно назначать межремонтный период.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Разработанные методики, а также результаты проведённых исследований используются в НТЦ по тракторным прицепам (г.Орск).
Подтверждённый суммарный годовой экономический эффект от внедрения результатов работы составляет 880тыс. рублей по ценам января 1991г. Доля автора составляет 528тыс. рублей.
Результаты работы используются в учебном процессе кафедр "Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей", "Автомобили" и "Сопротивление материалов" Оренбургского государственного университета.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на: IV научно-технической конференции "Повышение циклической прочности материалов методами поверхностного пластического деформирования". (Пермь. 1974 г.); Областной научно-технической конференции. (Оренбург. 1976 г.); Уральской научно-технической конференции "Проблемы снижения металлоёмкости машин, пути сокращения металла в машиностроении". (Уфа. 1976 г.); XXX научно технической конференции института, посвященной 60-летию Октября". (Челябинск, ЧПИ. 1977 г.); Межвузовском научно-техническом семинаре "Проблемы повышения надёжности конструкций ". (Куйбышев. 1980 г.); Всесоюзной конференции "Повышение долговечности и надёжности машин и приборов". (Куйбышев. 1981 г.); I Всесоюзной конференции по механике разрушения. (Львов. 1987 г.); XII Всесоюзной конференции по физике прочности и пластичности металлов и сплавов. (Куйбышев. 1989 г.); Всесоюзной научно-технической конференции по надёжности. (Куйбышев. 1989 г.); XII Всесоюзной конференции по тепловой микроскопии. (Каунас. 1989 г.); III Всесоюзном симпозиуме по механике разрушения. (Житомир. 1990 г.); XIV конференции "Структура и прочность материалов в широком диапазоне температур". (Воронеж. 1992 г.); II Российской научно-технической конференции "Концепция развития и высокие технологии производства и ремонта транспортных средств. (Оренбург. 1995 г.).
Диссертация обсуждена и рекомендована к защите на объединенном заседании кафедр «Автомобили», «Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей» и "Сопротивление металлов" Оренбургского государственного университета.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликована 31 работа.
ОБЪЁМ И СТРУКТУРА. Диссертация общим объёмом 170 страниц состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы из 125 наименований
и 4 приложений; содержит 140 страниц машинописного текста и 30 страниц приложений, 48 рисунков и 28 таблиц.
