авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

«Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)» С.В. Мельник, В.П. Расщупкин, ...»

-- [ Страница 3 ] --

Моделирующий алгоритм строится на основе метода статистиче ских тестов. При этом используется принцип N, заключающийся в искусственной дискретизации непрерывного процесса разрушения во времени, в результате которой состояние объекта моделируется в точках N i N 0 j N, где j=1,2,…,k.

Результаты имитационного моделирования процесса разрушения анализируются с помощью статистических тестов после многократ ных прогонов математической модели на ЭВМ.

Важнейшим достоинством метода имитационного моделирова ния, обусловливающим его более широкую применимость по сравне нию с другими математическими методами, является возможность анализа сложившейся ситуации на каждом j-м шаге и принятия не формальных решений относительно дальнейшего развития разруше ния. Это позволяет регистрировать моменты появления отдельных трещин, учитывать траекторию роста и кинетику объединения тре щин, а также перераспределение остаточных напряжений и возмож ность изменения на определенном этапе механизма разрушения.

Структурная схема организации программного комплекса пред ставлена на рис. 11.

Ядро комплекса составляют управляющая программа и имитаци онная модель. Система исходных данных задается соответствующи ми блоками. Банк теоретических зависимостей содержит расчетные формулы для вычисления коэффициентов концентрации напряжений и деформаций, коэффициентов интенсивности напряжений в зависи мости от геометрических параметров, схемы нагружения, конфигу рации фронта трещины и т. д.

Рис. 11. Структурная схема организации программного комплекса В зависимости от цели расчета и вида исходной информации управляющая программа с помощью банка теоретических зависимо стей формирует математическую модель и включает ее в алгоритм имитационного моделирования. Затем из банка экспериментальных данных выбираются блоки информации, приводятся в исходное состояние датчики случайных чисел и начинается прогон модели.

Результаты расчетов после каждого прогона помещаются в банк.

Очевидно, что для эффективной работы имитационной модели необ ходимо иметь исходный информационный банк, содержащий стати стически представительный объем экспериментальных данных, а именно: тип и параметры распределений, характеризующих геомет рические размеры дефектов. Сюда относятся данные о геометрии для различных технологических вариантов, данные о размерах и частоте появления внутренних дефектов (пор, трещин, шлаковых включений) и т. д.;

характеристики сопротивления различных участков зарожде нию разрушения. Эта группа может быть представлена в виде ком плекса механических свойств (в, 0,2, -1, и др.), позволяющих расчетным путем по уравнению малоцикловой усталости определить число циклов до зарождения трещины N 3 либо виде кривых мало цикловой усталости max N 3, либо с использованием зависимостей типа N 3 f H, b, N 3 f K1 усл,где H, b, K1 усл – номинальные на пряжения, характерный размер дефекта и соответствующее ему ус ловное значение К1 характеристики трещиностойкости деталей гусе ницы при циклическом и статическом нагружениях на воздухе и в коррозионной среде.

При анализе ресурса деталей, работающих в области малоцикло вой усталости, разрушение необходимо рассматривать как неразрыв ный двухстадийный процесс зарождения и развития трещины. Рас смотрим возможности предлагаемой методики на примере анализа кинетики разрушения и прогнозирования долговечности литых тра ков, работающих в условиях двухосного поля напряжений с компо нентами 1 / 2, равными 0,5 и 1,0. Экспериментальной основой для создания банка исходной статистической информации послужили результаты испытаний образцов. При расчетах были приняты сле дующие исходные данные: материал – сталь толщиной 30 мм (0,2= 900 МПа;

в = 950 МПа;

=0,58);

функция распределения ко эффициентов концентрации напряжений;

характер нагружения – повторно-статический;

цикл пульсирующий;

номинальные напряже ния Н = 700 МПа;

количество прогонов модели – 1000.

ГСЧ 2li,bl, Ri,8l, xiH, xlH, ij, N i i i 1 Ii L N3 ГСЧ V j N N 3 j N сортировка i i i i i i ik Ni N рост сортировка 2li,hi, K i, xiH, xlH j j K i K кр N пр l i l кр,bi bкр mM n n Рис. 12. Укрупненная блок-схема алгоритма имитационного моделирования процесса разрушения На рис.12 показана укрупненная блок-схема алгоритма имитаци онного моделирования процесса разрушения. Блоки 1...6 осуществ ляют ввод и контроль исходных данных, содержащих сведения о типе соединения, схеме нагружения, уровне нагрузки, используемых материалах и т.д. В блоке 7 в зависимости от вида входной информа ции формируется математическая модель расчета, в которой учиты ваются характер напряженного состояния и вид нагружения, возмож ность появления внешних возмущающих воздействии и т. д.

Блоки 8, 9 приводят в исходное состояние счетчики циклов по ко личеству прогонов модели n и числу участков с однородной геомет рией i. В блоках 10... 12 с помощью генератора случайных чисел и данных о параметрах распределений, получаемых из информацион ного банка в зависимости от вида исходной информации, анализиру ется распределение геометрической неоднородности и формируются выборки случайных значений долговечности до зарождения трещин на различных участках N3min длины появляющихся трещин li и их глубины bi.

В блоке 13 определяется минимальное значение N 3 min из массива N 3i, соответствующее длительности периода до зарождения первой трещины. В блоке 14 с помощью датчика случайных чисел выбирает ся значение параметра C, который в соответствии с уравнением Пэриса регламентирует скорость v развития разрушения в данном материале, а в блоке 15 приводится в исходное состояние счетчик циклов, определяющий количество циклов и количество нагружения N.

В блоках 16...20 реализуется моделирование процесса развития разрушения. Этот этап моделирования является наиболее важным и сложным для алгоритмизации, так как связывает неразрывно во времени с учетом стохастических закономерностей усталостного разрушения две стадии, отличающиеся механизмами разрушения:

стадии зарождения трещин и их развития. Для того чтобы имитиро вать реальный процесс разрушения при малоцикловой усталости, программа предусматривает расчетный анализ трех параллельно развивающихся процессов (зарождение отдельных трещин, их под растание, взаимодействие и объединение отдельных трещин, нося щие случайный характер).

Имитационная модель, в которой используется принцип дискре тизации времени, позволяет гибко реагировать на ситуацию, сло жившуюся в текущий момент времени, соответствующий числу циклов N, и в зависимости от этого корректировать схему расчета.

Необходимо отметить, что в других расчетных моделях такая поста новка принципиально невозможна. Алгоритм имитационной модели в данном случае организован следующим образом. В блоке 16 зада ется приращение числа циклов нагружения на N и анализируется текущее состояние накопленного уровня повреждений с точки зре ния размеров трещин и их расположения. Затем сортируются масси вы N 3i, h, bi и выбираются такие трещины, для которых значе ние N 3i удовлетворяет условию N 3i N. Для периода N подсчиты вается подрастание трещин в длину li и глубину bi и анализирует ся возможность объединения двух и более трещин, расположенных рядом (блок 20).

В блоке 21 рассматривается возможность достижения предельно го состояния разрушения по условиям K1 K1c ;

bmax bкр ;

lmax lкр.

Если одно из них выполняется, то значения N 3 min, предельной долго вечности N p, bmax, lmax помещаются в банк результатов и управле ние передается в блок 9 на начало нового прогона модели. В ином случае изменяется состояние счетчика циклов и управление переда ется в банк 16, осуществляющий следующий шаг по приращению числа циклов нагружения. Количество прогонов модели регистриру ется в блоке 27. Опыт показывает, что в зависимости от рассеяния параметров, характеризующих случайный процесс развития разру шения, заданное число прогонов модели М может составлять 500...

1000. После завершения работы массивы результатов счета подвер гаются статистической обработке в анализаторе 29 с целью опреде ления средних значений N 3, N p, bmax, lmax их дисперсий и довери тельных интервалов, а также оценки – ресурса.

По существу, имитационное моделирование представляет собой статистический машинный эксперимент. Многократная прогонка модели на ЭВМ при измененных состояниях датчиков случайных чисел и последующая статистическая обработка результатов числен ного эксперимента позволяют учесть влияние случайного рассеяния параметров, характеризующих долговечность до зарождения разру шения и трещиностойкость, а также случайный характер топографии очагов разрушения и траектории роста трещин.

Переход к неравноосной схеме нагружения оказывает существен ное влияние на интенсивность процесса накопления повреждений, так как максимальные напряжения изменяются по синусоидальному закону. Объединение отдельных трещин приводит к образованию на некотором участке поверхностной дугообразной трещины, которая преимущественно развивается по толщине металла.

При определенном соотношении параметров трещины b / l возни кают условия для изменения траектории разрушения. В рассматри ваемом опыте данная ситуация наблюдается при N 5000 циклов.

Многократная прогонка имитационной модели позволяет дать стати стическую оценку по характеристикам долговечности и размерам трещин на различных стадиях.

Можно видеть, что изменение геометрических размеров в усло виях двухосного поля напряжений при 1=0,52 практически не ока зывает влияния на -процентный ресурс =0,05 по предельному состоянию зарождения разрушения. Вместе с тем изменение схемы напряженного состояния приводит к уменьшению параметра N почти в 3 раза. Этот факт можно объяснить, используя концепцию «слабейшего звена». Зарождение трещин всегда происходит в зонах сопряжения, характеризующихся наиболее высоким уровнем концен трации напряжений. При неравноосной схеме напряженного состоя ния вероятность попадания участка с наиболее грубой геометрией в зону с максимальными номинальными напряжениями уменьшается.

При равноосной схеме напряженного состояния 1 2 все участки находятся в равных условиях, что способствует появлению трещин на более ранней стадии.

С позиций развития разрушения наибольшее влияние на живу честь оказывает схема напряженного состояния. Анализ расчетных данных свидетельствует о том, что увеличение при неравноосной схеме 1 0,5 2 незначительно влияет на характеристики живуче сти N G и N G. Однако переход к равноосной схеме напряженного состояния приводит к уменьшению параметра N G почти в 2 раза, a N G – в 1,5 раза. При циклическом нагружении процесс появления и подрастания отдельных поверхностных трещин на различных участ ках, как правило, завершается их объединением в магистральную трещину. В дальнейшем траектория развития магистральной трещи ны происходит по основному металлу. Оказывается, что конструк тивные размеры влияют на геометрические параметры образующейся магистральной трещины и, следовательно, на живучесть.

При увеличении нагрузки возрастает в 1,5 раза средняя длина об разующейся магистральной трещины lmax, но максимально возмож ная глубина остается практически той же: lmax 10 мм. В связи с этим метод имитационного моделирования целесообразно использо вать на этапе проектирования для оптимизации конструктивно технологических решений с целью согласования заданного и дости жимого ресурсов. Перспективность применения метода имитацион ного моделирования для прогнозирования работоспособности конст рукций заключается в том, что он имеет значительно меньше ограни чений в отношении сложности исследуемого процесса разрушения по сравнению с другими методами.

Пошаговый принцип анализа развития разрушения обеспечивает гибкое реагирование алгоритма модели на любые случайные возму щения и позволяет в зависимости от сложившейся ситуации адапти ровать его к изменившемуся механизму. Характерным примером может служить процесс усталостного разрушения, при котором в случайные моменты времени на объект начинает воздействовать коррозионная среда. Имитационная модель, отрабатывая сигнал внешнего возмущения, включает в алгоритм расчета соответствую щие параметры и зависимости, учитывающие влияние среды на ки нетику разрушения, и изменяет характеристику предельного состоя ния.

При этом важным является то обстоятельство, что система ими тационного моделирования функционирует как открытая и может уточняться и дополняться по мере поступления сведений, отражаю щих новые аспекты поведения объекта в процессе его эксплуатации.

Выводы:

1. Метод имитационного моделирования, благодаря использова нию пошагового принципа анализа поведения объекта и учету влия ния случайной природы процесса усталостного разрушения, позволя ет детально описать кинетику развития трещин и адаптировать алго ритм расчета к возможным изменениям механизма разрушения в любой момент времени.

2. Организация программного комплекса имитационного модели рования требует создания банков исходной информации, содержа щих статистически достоверные сведения о свойствах материалов, силовых параметрах внешнего воздействия и других факторах.

3. Имитационное моделирование процесса разрушения деталей ходовой части гусеничных машин целесообразно использовать на этапе проектирования для получения сравнительных оценок работо способности узлов с целью обоснования принятых конструктивно технологических решений.

Библиографический список 1. Базовский И. Надёжность, теория и практика – М.: Мир, 1965. – 324 с.

2. Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надёжности – М.: Совет ское радио, 1969. – 488 с.

3. Гнеденко Б.В. О некоторых вопросах теории надёжности как предмета исследования и преподавания // Надёжность и долговечность машин и оборудо вания – М.: Изд-во стандартов, 1972.

4. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьёв А.Б. Математические методы в теории надёжности – М.: Наука, 1965. – 524 с.

5. Елизаветин М.А. Повышение надёжности машин – М.: Машиностроение, 1973. – 430 с.

6. Елизаветин М.А., Сатель Э.А. Технологические способы повышения дол говечности машин – М.: Машиностроение, 1969. – 399 с.

7. Иванова В.С., Терентьев В.Ф. Физическая природа и закономерности раз рушения металлов // Металловедение. – М.: Наука, 1971. – 420 с.

8. Костецкий Б.И., Бершадский Л.И., Караулов А.К. Металлофизические проблемы надёжности и долговечности машин // Металлофизика. – Киев:

Наукова думка, 1973. – Вып. 48.

9. Ллойд Д.К., Липов М. Надёжность. Организация исследования, методы, математический аппарат. – М. :Советское радио, 1964. – 688 с.

10. Мартынов Г.К. Стандартизация терминов в области надёжности // Науч ные основы надёжности и статистических методов контроля качества – М.: Изд во стандартов, 1973. – 220 с.

11. Маталин А.А. Технологические методы повышения долговечности дета лей машин. – Киев: Техника, 1971. – 42 с.

12. Надежность технических систем и изделий. Основные понятия. Терми нология. – М.: Наука, 1965. – 19 с.

13. Осипов К.А. Аморфные и ультрадисперсные кристаллические материа лы. – М.: Наука, 1972. – 75 с.

14. Печенкин А.Н. Показатели надёжности сложных систем // Научные ос новы надёжности и статических методов контроля качества – М.: Изд-во стан дартов, 1973. – 120 с.

15. Проников А.С. Основы надёжности долговечности машин. – М.: Изд-во стандартов, 1969. – 160 с.

16. Проников А.С. Содержание и основные направления науки о надёжно сти и долговечности машин // Надёжность и долговечность машин и оборудова ния. – М.: Изд-во стандартов, 1972. – 92 с.

17. Ратнер С.И. Разрушение при повторных нагрузках. – М.: Оборонгиз, 1959. – 270 с.

18. Степанов М.Н. Распределение долговечности при усталостных испыта ниях // Заводская лаборатория – 1965. – №3.

19. Ткачев В.Н. Методы повышения долговечности деталей машин. – М.:

Машиностроение, 1971. – 271 с.

20. Хевиленд Р. Инженерная надёжность и расчёт на долговечность – М.;

Л.: Энергия, 1966. – 232 с.

21. Леонтьев А.Н., Расщупкин В.П. Конструкционные и защитно отделочные материалы в автомобилетракторостроении: учебное пособие. – Омск: СибАДИ, 2007. – 167 с.


22. Расщупкин В.П. Технология производство колёсных и гусеничных ма шин: учебное пособие. – Омск: СибАДИ, 2007. – 165 с.

23. Леонтьев А.Н., Евстифеев В.В., Расщупкин В.П. Анализ работоспособ ности гусеничных движителей с РМШ // Материалы 59-й Международной научно-технической конференции «Автомобилеспециальные и технологические машины для Сибири и Крайнего Севера». – Омск: СибАДИ, 2007. – 120 с.

24. Леонтьев А.Н., Расщупкин В.П., Корытов М.С. Стенд для испытания на износ гусеничных цепей с РМШ // Материалы 59-й МНТК «Автомобили, специ альные машины для Сибири». – Омск: СибАДИ, 2007. – 175 с.

25. Патент № 2320768 Российская Федерация. Жаростойкая сталь / Б.А. Ка лачевский, В.П. Расщупкин, М.С. Корытов;

заявл. 2006105284/02 20.02.2006.

Опубл. 27.03.2008. Бюл. № 9. – 3 с.

26. Расщупкин В.П. Усталостная прочность и износостойкость высокомар ганцовистой стали // Омский научный вестник. – 2006. – № 2.

27. Расщупкин В.П. Повышение свойств стали на основе оптимизации // Омский научный вестник. – 2006. – № 1.

28. Леонтьев А.Н., Расщупкин В.П. Повышение надёжности и долговечно сти ходовой части многоцелевых гусеничных машин // Вестник Академии военных наук. – 2008. – № 3.

Оглавление Введение……………………………………………….….…………...… 1. Обоснование достоинств гусеничного движителя…………………. 2. Показатели надежности в оценке их качества …...…………….…... 3. Состояние и перспективы повышения долговечности деталей для гусеничных машин…………………..…………………………... Ходовая часть гусеничных машин ……..…………….……...…..... 4. Конструкционные методы повышения надежности и долговечности машин ……………….……………………………... 4.1. Геометрические формы и физико-механические характеристики деталей и узлов сопряжения..…………....... 4.2. Устройство запрессовки резинометаллического шарнира для гусеничных машин.….……………..……….... 4.3. Устройство для испытания на износ резинометаллических шарниров гусениц...……………....… 4.4. Гусеничные цепи с резинометаллическим шарниром... Типы соединений траков…………………..………….……... 5. Технологические средства повышения долговечности и эксплуатационной надёжности машин ………..……..…………… 5.1. Выбор легирующих добавок и модификаторов с помощью ЭВМ................................................................... 5.2.Наноматериалы ….………………………….…....…… 5.2.1. Совершенствование технологических процессов на основе нанотехнологий ……………………….….…… 5.2.2. Формирование структуры сплавов на основе нанотехнологий……………………….……………….….. 6. Эксплуатационные средства повышения надежности и долговечности машин …………………...……..………………..…. 6.1. Обеспечение надежности при проектировании и изготовлении…………………….……………….………... 6.2. Применение моделей системного анализа при проектировании движителя гусеничных машин………... 6.3. Стенд для испытания гусеничных цепей..…………. 6.4. Выбор оптимальных параметров нагружений ведущих участков гусеничных цепей…………..………... 7. Оценка надежности при расчетах на прочность....……..……….… 7.1. Повышение конструктивной прочности на основе создания высокопрочного структурного состояния металла............................................................... 7.2. Радиационная надежность конструкций …..……….. 7.3. Долговечность ходовой системы гусеничной машины на основе математической модели ……...….…. 7.4. Критерии долговечности...………………….……….. 7.4.1 Факторы, определяющие надежность работы движителя................................................................. 7.4.2. Способы повышения долговечности гусениц с открытыми шарнирами....................................... 7.5. Метод оценки надежности и долговечности имитационным моделированием ……….……..……....… Библиографический список.……………………..…..…...……….….. Научное издание Мельник С.В., Расщупкин В.П., Громовик А.И., Голощапов Г.А.

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ХОДОВЫХ СИСТЕМ ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН Монография *** Редактор И.Г. Кузнецова *** Подписано к печати 02.11. Формат 60х90 1/16. Бумага писчая Оперативный способ печати Гарнитура Times New Roman Усл. п. л. 5,75, уч.-изд. л. 4, Тираж 500 экз. Заказ №_ Цена договорная *** Издательство СибАДИ 644099, г. Омск, ул. П. Некрасова, Отпечатано в подразделении ОП издательства СибАДИ 644099, г. Омск, ул. П. Некрасова, С.В. Мельник, В.П. Расщупкин, А.И. Громовик, Г.А. Голощапов НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ХОДОВЫХ СИСТЕМ ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН Монография Омск УДК 625. ББК 39.31106– М Рецензенты:

канд. техн. наук Г.С. Гарибян (ОмГТУ);

д-р. техн. наук А.С. Ненишев (СибАДИ) Монография одобрена редакционно-издательским советом СибАДИ.

Мельник С.В., Расщупкин В.П., Громовик А.И., Голощапов Г.А.

М 47 Научные основы обеспечения надежности и долговечности ходо вых систем гусеничных машин: монография. – Омск: СибАДИ, 2009.– 91 с.

ISBN В монографии изложены сведения о технологии производства и спо собах повышения надежности и долговечности гусеничных машин. Предна значена для аспирантов и инженеров предприятий механических и механико технологических специальностей.

Табл. 2. Ил. 12. Библиогр.: 28 назв.

ISBN 9785932044940 © ГОУ "СибАДИ",

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная

академия (СибАДИ)»

С.В. Мельник, В.П. Расщупкин,

А.И. Громовик, Г.А. Голощапов

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ

ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ

И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ХОДОВЫХ СИСТЕМ

ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН

Монография

Омск

СибАДИ



Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.