Главная » 2014»Июль»22 » Скачать Совершенствование методов оценки усталостной поврежденности и ресурса деталей машин с помощью датчиков деформаций интегрального бесплатно
21:53
Скачать Совершенствование методов оценки усталостной поврежденности и ресурса деталей машин с помощью датчиков деформаций интегрального бесплатно
Совершенствование методов оценки усталостной поврежденности и ресурса деталей машин с помощью датчиков деформаций интегрального типа
Диссертация
Автор: Слесарев, Евгений Николаевич
Название: Совершенствование методов оценки усталостной поврежденности и ресурса деталей машин с помощью датчиков деформаций интегрального типа
Справка: Слесарев, Евгений Николаевич. Совершенствование методов оценки усталостной поврежденности и ресурса деталей машин с помощью датчиков деформаций интегрального типа : диссертация кандидата технических наук : 01.02.06 Челябинск, 2005 145 c. : 61 05-5/2912
Объем: 145 стр.
Информация: Челябинск, 2005
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
11 Условия работы несущих систем
12 Методы и средства измерения деформаций и напряжений на поверхностях деталей машин
13 Математические модели кривых выносливости
131 Модели с линейным характером описания кривых выносливости
132 Модели с нелинейным характером описания кривых выносливости
14 Постановка задач исследования
2 МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СПОСОБОВ ОЦЕНКИ НАКОПЛЕННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РЕСУРСА ДЕТАЛЕЙ МАШИН С ПОМОЩЬЮ ДДИТ
21 Математическое обеспечение построения кривых выносливости на основе кинетической теории механической усталости
22 Математическое обеспечение построения тарировочных кривых для ДДИТ на основе кинетической теории механической усталости
23 Математическое обеспечение оценки напряжений и поврежденности конструкций, работающих при случайном спектре нагрузок
231 Оценка напряжений и числа циклов нагружения конструкций, работающих при случайном спектре нагрузок с помощью ДДИТ по первым «темным пятнам»
232 Оценка напряжений и числа циклов нагружения конструкций, работающих при случайном спектре нагрузок с помощью ДДИТ по отраженному с поверхности сигналу
3 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
31 Описание экспериментальной установки для проведения усталостных испытаний
32 Описание испытуемых образцов и методики проведения эксперимента
33 Методика обработки экспериментальных данных
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
УСТАЛОСТНЫХ СВОЙСТВ РАЗЛИЧНЫХ СТАЛЕЙ
41 Результаты усталостных испытаний с тарировкой ДДИТ по первым «темным пятнам»
411 Сталь 09Г2
412 Сталь 20
413 Сталь 08Х
414 Сталь 20Ю
415 Сталь 08Ю
416 Сталь 20кп
417 Алюминиевый сплав марки АМгЗ
42 Тарировка датчиков деформаций интегрального типа в ходе усталостных испытаний по отраженному сигналу
5 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ПРИМЕНЕНИЯ ДДИТ ДЛЯ ОЦЕНКИ УСТАЛОСТНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ
51 Разработка алгоритма и примеры применения методики оценки усталостных повреждений деталей машин с помощью ДДИТ 511 Описание алгоритма применения разработанной методики
512 Оценка уровня усталостных повреждений и ресурса по первым «темным пятнам»
513 Оценка уровня усталостных повреждений и ресурса по отраженному сигналу
52 Апробирование разработанной методики
521 Исследование распределения напряжений и деформаций в несущей системе автомобиля УАЗ-2765
522 Оценка характера распределения и уровня напряжений в несущей системе полуприцепа модели 8973
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
Введение:
Одной из главных задач отечественного машиностроения является улучшение качества выпускаемых машин, повышение их технического уровня, производительности, надежности и долговечности. В связи с ростом энергонасыщенности современных машин резко возросли требования к надежной работе узлов и деталей машин. Повышение качества и увеличение эксплуатационной надежности машин являются актуальными задачами технического прогресса промышленности с точки зрения экономической эффективности и конкурентоспособности отечественных образцов техники.
Разработка новой техники включает в себя ряд этапов: проектирование, изготовление экспериментальных образцов, конструкторско-технологическая доработка конструкции, запуск в производство и последующая эксплуатация.
Первый этап в настоящее время достаточно широко автоматизирован. Проектирование новых конструкций на современных машиностроительных предприятиях, как правило, выполняется с применением ЭВМ и пакетов программ систем автоматизированного проектирования (САПР).
Процесс же конструкторско-технологической доводки экспериментальных образцов новой автомобильной техники остается практически неизменным с середины прошлого века. Экспериментальные исследования, связанные с доработкой изделий отличаются достаточно высокой продолжительностью и трудоемкостью. Полномасштабные экспериментальные исследования зачастую растягиваются на годы, что в условиях ограниченного времени, отводимого на запуск продукции в производство, приводит к снижению конкурентоспособности. Сокращение же объема экспериментальных исследований, как правило, негативно сказывается на качестве вновь выпускаемой продукции, которая может не в полной мере соответствовать прочностным и усталостным характеристикам, заложенным на этапе проектирования.
Таким образом, создание средств и методов экспериментального исследования нагруженности и ресурса деталей машин и несущих конструкций, которые с минимальными затратами времени и средств позволяют определять места вероятного разрушения, оценить их напряженно-деформированное состояние и предсказать сроки разрушения является для современного автомобилестроения весьма актуальной проблемой. Одним из эффективных направлений решения поставленной проблемы является использование нетрадиционных средств измерения напряжений и деформаций, возникающих на поверхностях деталей при их циклическом нагружении. К таким средствам относятся разработанные в середине 80-х годов и совершенствующиеся под руководством В.Н.Сызранцева датчики деформаций интегрального типа (ДДИТ).
Опыт практического применения методов оценки нагруженности и ресурса с помощью ДДИТ в процессе конструкторско-технологической доработки деталей транспортных машин свидетельствует, что эти новые средства экспериментального исследования и методы их использования обладают широкой универсальностью и большими потенциальными возможностями. Расширяя арсенал технических средств измерения, ДДИТ особенно эффективны при создании систем диагностики работоспособности и усталости деталей, как в реальных условиях эксплуатации транспортных машин, так и в ходе их стендовых и натурных испытаний.
Точность основных справочных данных по параметрам усталости, а также кривых выносливости построенных по стандартным методикам (т.н. кривые Вёллера) не может удовлетворять исследователей при точных расчетах на усталость. Pix погрешность, особенно в области многоцикловой усталости, слишком велика, и достигает порой десятков процентов. Поэтому для более точных расчетов нужны новые нестандартные математические модели описания кривых выносливости, а не та методика, соответствующая ГОСТам, которая опирается на математический аппарат почти двух вековой давности.
Среди множества современных математических моделей, описывающих кривую выносливости нелинейной зависимостью в полулогарифмических координатах мной была выбрана кинетическая теория механической усталости Е.К.Почтенного. Из всех рассмотренных уравнений кривых выносливости лишь здесь в самой математической модели изначально заложен такой параметр, как поврежденность материала, что позволяет строить, как кривые выносливости испытуемого материала, так и тарировочные кривые датчиков деформаций интегрального типа для этого материала по однотипным уравнениям. К тому же она позволяет существенно сократить время построения кривой выносливости, так как буквально по 10-И 5 экспериментальным точкам можно построить вполне приемлемую с точки зрения современных требований точности кривую усталости.
Цель выполнения настоящей работы заключается в разработке методов экспериментального исследования распределения напряжений на поверхности несущих конструкций и оценки ресурса новых образцов автомобильной техники при их конструкторско-технологической доработке.
Для достижения поставленной цели в диссертации были решены следующие задачи:
1. На основе кинетической теории механической усталости разработана уточненная методика описания результатов испытаний образцов на выносливость.
2. Выполнен комплекс испытаний образцов из сталей, получивших распространение в автомобилестроении (09Г2, 20, 08Х, 20Ю, 08Ю, 20кп и алюминиевого сплава АМгЗ), на выносливость и осуществлена обработка результатов по предлагаемой методике.
3. На образцах из исследуемых сталей проведен эксперимент по построению тарировочных зависимостей для датчиков деформаций интегрального типа по моменту возникновения на них внешней реакции и осуществлена обработка результатов.
4. Реализован новый способ регистрации реакции ДДИТ по отраженному с его поверхности сигналу, зафиксированному с помощью оптоэлектронного световодного преобразователя (ОСП), в процессе усталостных испытаний построены тарировочные зависимости для ДДИТ и выполнено их математическое описание.
5. Разработаны расчетно-экспериментальные методы определения по показаниям ДДИТ эквивалентных напряжений и чисел циклов деформирования исследуемых конструкций (рам и несущих кузовов автомобилей) при нерегулярном их нагружении.
6. Реализация разработанных методов в процессе конструкторско-технологической отработки образцов автомобильной техники.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Уточнена методика обработки результатов усталостных испытаний образцов Е.К.Почтенного в части определения границ рассеивания экспериментальных данных.
2. На основе кинетической теории механической усталости предложено новое математическое описание результатов тарирования ДДИТ по моменту возникновения на них внешней реакции.
3. Предложен и реализован новый способ регистрации реакции ДДИТ с помощью оптоэлектронного световодного преобразователя (ОСП), получены математические зависимости, описывающие результаты тарировочных испытаний.
4. Для нерегулярного режима нагружения несущей конструкции автомобиля решена задача определения эквивалентных напряжений и чисел циклов деформирования с использованием ДДИТ отличающихся чувствительностью и различным способом фиксирования их реакции.
Практическая ценность диссертации:
1. Для апробации предлагаемой методики был спроектирован и изготовлен уникальный экспериментальный стенд повышенной мощности для испытаний на выносливость, как образцов, так и элементов несущих конструкций транспортных машин.
2. Для исследуемых сталей, получивших наибольшее распространение при изготовлении несущих систем автомобильной техники, с вероятностными границами получены усталостные характеристики (для сталей 20Ю и 08Ю - впервые).
3. Разработано методическое и программное обеспечение для обработки результатов, как усталостных испытаний образцов, так и данных тарирования ДЦИТ.
4. Проведена реализация предложенной методики на ЗАО «Урал АЗ спецтехника». В результате удалось существенно уменьшить толщину применяемого листового проката, используемого при изготовлении рамы прицепа модели 8973. Благодаря чему удалось снизить его массу на 15%.
5. Результаты работы внедряются в учебный процесс Машиностроительного факультета филиала Южно-Уральского государственного университета в г. Миассе.
Предложенные в работе методы использовались при определении усталостных характеристик некоторых марок легированных сталей на предприятии ОАО «Техоснастка», при оценке напряженно-деформированного состояния перспективных образцов техники на предприятии ЗАО «УралАЗспецтех-ника». Результаты работы вводятся в расчетную практику ОАО «Автомобильный завод- «УРАЛ» и внедряются в учебный процесс Машиностроительного факультета филиала Южно-Уральского государственного университета в г. Миассе.
По теме диссертации опубликовано 15 работ. Ее основные положения и результаты докладывались и обсуждались: на I фестивале-конкурсе научно-исследовательского, технического и прикладного творчества молодежи и студентов (г. Курган, 1997 г.), шестом международном симпозиуме «Теория реальных передач зацеплением» (г. Курган, 1997 г.), на международном научном семинаре «Современные информационные технологии. Проблемы исследования, проектирования и производства зубчатых передач» (г. Ижевск, 2001 г.), на XXI Российской школе по проблемам науки и технологий в секции «Прикладные исследования» (г. Миасс, 2001 г.), на Международной научно-технической конференции «Надежность машин и технических систем» (г. Минск, 2001), на XXII Российской школе по проблемам науки и технологий в секции «Прикладные исследования» (г. Миасс, 2002 г.), на XXIII Российской школе по проблемам науки и технологий в секции «Результаты диссертационных исследований» (г. Миасс, 2003 г.).
Диссертация состоит из введения, пяти глав основного текста, выводов, списка использованных источников, включающего 132 наименования и приложения.
