Содержание к диссертации
ДРВДЮЯШЕ Є
1. АНАЛИЗ ЛРОЕЛЙйЫ. ЗАДАЁМ ЙССВДОВАШЯ ІЛ. Введение - II
1.2. Особенности моделирования процессов изнашнания ма териалов 15
1.3, Общая шробдеиа и частные задачи исследования 3^
2. СОВРЕМЕННЫЕ ИНЧЕСШ ОСНОВЫ ДРОХШВДРОВАШЯ ШВВДШЯ ШЕЕШЛОВ ПРИ ГРЙШИ И ИЗНАШИВАНИИ 34
2 Л- Критерии оценки долговечности и изно со стойкости мате риалов 34
2.2. Структурно-энергетическая модель износостойкости металлических материалов с лозниий механики неодно родных сплошных сред 63
3, Выводы по главе I 81
3, ОЕОВДЕННАа МОДЕЛЬ ИЗНАШИВАНИЯ ШТШЙАЛОБ С ІЕТЕРОГІШОа СЇТУХТУРОЙ S3
ЗЛ. Вдияние масштабных эффектов на долговечность и из- дооосгойшсть материалов 36
3.2. Обобщенная модель изнашивания материалов 92
3.3. Особенности диссипации энергии при ротационных механизмах деформации шатериалов 100
3.4, Анализ кинетических функции в уравнениях изнашивания ±{}s
3.5, Структурно «энергетический критерий износостойкости с учетом жесткости напряженного состояния поверхности іяеталлячаснах материалов , , , 116
3.6* Выводы по главе 3 141
4, ШДШЇРОНАЇШЕ ГЙДР0ЭР03ЩШ0Й СТОЙКОСТИ ЫДТЕНШОВ ДО СУДОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИ ЄРШСТВ 147
4.1. Установки для гидроэрозионных испытаний материалов I4S
4.1.1. исследование эрозионной способности струйных гидродинамических излучателей 149
4.1.2. Установка для исследования закономерностей совместного кавЕтапиояно-гидроабразивного изнашивания 163
4.2. Исследование повреждаемости поверхности материалов при повторном гидродинамическом нагруженш 173
4.3. Ввиянае масштаба внешнего динамического нагружения на критическую скорость разрушения сплавов 185
4.4. Зависимость эрозионной стойкости от механических свойств материалов 197
4.5. Вяияше энергоемкости на износостойкость сплавов при гидроэроззш 204
4.6. Использование структурно-энергетической модели гидро-абразивного изнашивания для повышения долговечности грунтонасосных установок 213
4.7. Выводы по главе 4 236
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ГАЗОАБРАЗИВШГО ИЗНАШИВАНИЯ И КАПЖЬНОЙ ЭРОЗИИ CTG
5.1. Структурно-энергетическая модель эрозии выпускных клапанов судовых двигателей внутреннего сгорания 245
5.2. Сопоставление аналитической модели газоабразивной эрозии с результатами стендовых испытаний клапанов , 264
5.3. Методика прогнозирования долговечности выпускных клапанов судовых двигателей 296
5.4. Пример расчета долговечности выпускного клапана . 314
5.5. Выводы по главе 5 3^q
6, ШДЕШРОБАНйЕ ИЗНОСОСТОйКОШ СТО ПРИ ТРЕНИЙ СКОЛМЕНИЯ 324
6.1. Особенности изнашивания цилиндровых втулок СДВС . 325
6.2. Структурно-энергетическая модель изнашивания материалов при тревин скольжения 329
6.3. Сопоставление аналитической модели хзиавгавадоя с результатами лабораторных испытаний материалов 332
6.4. Результаты статистического анализа скоростей изнашивания втулок цилиндров в зависимости от условий эксплуатации СДВС 350
6.4.1. Закономерности изнашивания втулок двигателей Ї группы 353
6.4.2. Закономерности изнашивания втулок двигателей П и Ш групп .361
6.4.3. Методические основы прогнозирования ресурса цилиндровых втулок СДО 380
6.5. Выводы по главе 6 3S4
Общие выводы по диссертации 397
литература 405
Приложения 421
Введение к работе
Наблюдаемый в настоящее время в РОССИИ катастрофический опад промышленного производства, релаксация научного потенциала, прежде всего потеря высококвалифицйрованннх научных кадров и фактическое свертывание работ в головных НИИ и других организациях, ответственных прежде за реализацию государственной технической политики в оудо- и машиностроении, металлургии, технологии материалов и в других приоритетных направлениях, определяющих в итоге жизнеспособность государства, эффективность его бюджета и уровень жизни населения» возвращает некогда благополучные отрасли на технологический уровень 60,..70-ых годов со сравнительно внсоким уровнем ручных операций, особенно при выполнении различного рода ремонт-ню: работ. Однако в отличие от 60...70-ых годов парадокс современности заключается ни в отсутствии високопроизводительннх и надежных технологий, а в том, что нищие предприятия не могут в полной мере воспользоваться современными (наукоемкими) технологиями, приобрести дорогое технологическое оборудование, а также обеспечить суда сменно-запасными деталями, в частности, предназначенных для двигателей внутреннего сгорания зарубежной постройки.
Можно полагать, что в бликайдше 10...15 лет будет происходить постепенное первоочередное возрождение и техническое первое-нащвние главным образом добывающих отраслей народного хозяйства, быстрее других приносящих дивидендк за счет продажи (в основном за рубеж) природных богатств страна. На их фоне остальные отрасли, в том числе водный транспорт и обслуживающие его предприятия, будут мучительно искать пути выживания. Вшшвут, видимо, те отрасли и предприятия, которые будут непосредственно обслуживать добывающие комплекси. Если в этих условиях ЕОДНЫЙ транспорт в борьбе за перевозки нефти и нефтепродуктов, сжиженного природного газа, рудных и нерудных полезных ископаемых, леса и других грузов, на нример контейнеров, сможет конкурировать о железнодорожным и автомобильным транспортом, то он выживет и получит дальнейшее развитие. Наиболее вероятным итогом такої конкуренции окажется частичное вшивание водного транспорта, в нервую очередь в регионах с низкой плотностью современных автомобильных и железных дорог, а это: Сибирь, Дальний восток и Север европейской части страны. Пассажирские перевозки могут оказаться рентабельными только после того, когда жизненный" уровень основной масон населення страны поднимется до уровня, когда проблема пропитания перестанет быть первостепенно! и появится возможность удовлетворить другие потребности, связанные с необходимостью переездов. Это в первую очередь относится к перевозкам на судах на подводных крыльях, на воздушно! подушке ж т.п., т.е. на сравнительно короткие расстояния с достаточно высокой скоростью.
Поскольку на завершение процесса самоорганизации отрасли потребуется примерно 10...15 лет, то ее практически . не возобновляемая материальная база, уже в настоящее время требующая 8G#-of замены, вследствие неизбежного физического и морального старения, в первые 5...7 лет существенно уменьшится, а в последующие 5...7 лет будет наращиваться. Б силу указанных выше обстоятельств возрождение отрасли будет интенсивным и неравномерным в отдельных регионах по принципу: где густо, а где пусто.
В период стагнации отрасли первостепенное значение приобретает ремонт судовой техники и оптимизация режимов ее эксплуатации, чтобы хоть как-то свести концы с концами и подольше продержаться на плаву. Очевидно, что целью оптимизации в этих условиях окажется установление щадящих режимов экшлуатации судовой техники, прошедшей ремонт, не гарантирующий требуемой надежности.
Б период возрождения отрасли начнется проектирование и постройка новых или модернизированных типов судов, наиболее полно удовлетворявдих потребностям отдельных регионов страны и конкретным условиям эксплуатации, в том числе условиям смешанного (река-море) плавання. Ери проектировании и строительстве флота, судовых энергетических установок и другого оборудования важно Судет учеоть накопленный разносторонний опыт, особенно по надежности судовых технических средств, в частности: до надежности и коррозионной стойкости корпусных конструкций, во ресурсу деталей дизелей, работающих на тяжелых сортах топлива, по долговечности рабочих устройств судов технического флота, используемых на добыче строительных материалов и иогрузочно-разгрузочных операциях в портах и т.н.
Эвристическая ситуационная модель состояния ж развития отрасли на ближайшие два временных периода позволяет сформулировать три укрупненных проблемы, необходимость последовательного решения которых диктуется жесткими объективными обстоятельствами, связанными с приходом государственно-монополистического капитализма. Вот эти проблемы:
1. Разработка и реализация малозатратных (упрощенных) технологических процессов восстановления судовых технических средств и изготовления сменно-запасных деталей;
2. Установление оптимальных (щадящих) условий эксплуатации судовой техники пониженной надежности, используемой на стадии исчерпания ресурса ведущих деталей, а также после ремонта;
3. Проектирование и строительство судовой техники второго тысячелетия с учетом обобщенного опыта эксплуатации прототипов и с использованием расчетных методов оценки надежности наиболее нагруженных механизмов, узлов и отдельных деталей.
Важно отметить, что общим для всех трех проблем является необходимость: достаточно точней идеятн нканни ведущих разновидностей изнашивания и повреждений судовых технических средств;
установдения масштабных (энергетических) уровней повреждаемости (разрушения) деталей; моделирования процессов изнашивания материалов (деталей) в зависимости от условий эксплуатации судовой техники и наконец - расчетного прогнозирования ресурса ведущих деталей и принятия окончательных решений, вклктчающих режимные, конструктивные, материаловедчеокие и технологические мероприятия.
Ясно, что без обоснованного решения (в различных сочетаниях) перечисленных укрупненных задач квалифицированное решение трех сформулированных выше отраслевых проблем не представляется возможным. В то же время для решения укрупненных (частных) задач необходим общий концептуальный подход, который еще до конца не разработан, но который крайне необходим, особенно для указанной выше третьей (магистральной) проблемы, от решения которой будет зависеть эффективность отрасли и ее место в экономическом пространстве страны в начале второго тысячелетия.
Анализ выполненных исследований показывает, что в качестве исходной теоретической концепции может быть использована обобщенная структурно-энергетическая модель процессов повреждаемости и изнашивания, в наибольшей степени пригодная для решения частных задач прогнозирования долговечности и износостойкости как материалов и современных функциональных покрытий, так ж разнообразных рабочих устройств судовой техники при гидроэрозии, газо- и гидро-абразавном внешнем воздействии, а также при фреттинг-коррозин, внешнем трении и контактной усталости.
Надежность, а следовательно, и эффективность судовой техники недалекого будущего будет в значительной степени зависеть от того, насколько реально мы сможем учитывать негативные последствия разномасштабного внешнего воздействия на материалы и узлы машин и механизмов в постоянно ужесточающихся условиях их эксплуатации, создающих трудноразрешимые комплексные проблемы. Так например, при работе на тяжелых сортах топлива надежность выпускных клапанов, детале! ЩГ и топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания существенно снижается. Каждая вторая-третья втулка цилиндров ВОД и СОД имеет эрозионные повреждения на водоохааждаемой поверхности; то же относится ж к каждому четвертому гребному винту морских сухогрузов. При неоптимальних режимах эксплуатации землесосных снарядов скорость местного гидроабразивного изнашивания деталей грунтовых насосов исключительно высока и может более чем на два порядка превосходить скорость общего изнашивания. Решение этих проблем, к сожалению, переносится на более позднее время. Ограничиваясь этик, далеко не полным, перечне»)! объектов судовой техники, надежность которых явно недостаточна, становится очевидной актуальность моделирования процессов изнашивания, выявления общих закономерностей, свойственных различным видам изнашивания материалов, ж необходимость разработки G единых теоретических позиций методик расчетного прогнозирования долговечности и ИЗНОСОСТОЙКОСТИ деталей и способов повышения их надежности.
Похожие диссертации на Моделирование износостойкости и долговечности судовых технических средств на основе структурно-энергетического подхода
