автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.05, диссертация на тему:Метод экспертной оценки усталостных поломок деталей крановых конструкций

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ОДЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГО од

- и И;0!1 1398 РАШДАУИ Абдельуахед

уда 620.178.3

МЕТОД ЭКСПЕРТНОЙ ОЦЕНКИ УСТАЛОСТНЫХ ПОЛОМОК ДЕТАЛЕЙ КРАНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Специальность 05.05.05. - подъемно-транспортные машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Одесса -1998

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена в Одесском государственном морском университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Ошейник Николай Васильевич, Одесский государственный морской университет, заведующий кафедрой "Теория механизмов и машин и детали машин"

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Малиновский Валентин Анатольевич, директор по науке ОАО "Стальканат", г.Одесса

кандидат технических наук, доцент Ясиновский Александр Михайлович, Одесский государственный морской университет, доцент кафедры "Подъемно-транспортные машины и механизация перегрузочных работ"

Ведущая организация: Одесская государственная академия

пищевых технологий

Защита диссертации состоится " 03 " _июня_ 1998 года

в _14___ часов на заседании специализированного ученого совета К 05.11.02 в Одесском государственном морском университете по адресу: 270029, г. Одесса, ул. Мечникова, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Одесского государственного морского университета. Отзывы в двух экземплярах с подписями, заверенными печатью, просил направлять ученому секретарю специализированного ученого совета по адресу университета .

Автореферат разослан " 29 " апреля__ 1998 г.

Ученый секретарь

специализированного ученого совета

кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ. Детали грузоподъемных машин подвергаются в эксплуатации нерегулярному цикготаескому нагружешш. Вследствие неизбежного рассеяния качества деталей и вероятных нарушений режимов эксплуатации иногда найшоцаюгся преждевременные усталостные поломки деталей с последствиями различной тяжести. Выяснение причин разрушения конкретной детали может оказаться исключительно важным, т.е. выявление исходных свойств разрушившейся детали как первого этапа технической экспертизы крайне необходимом.

До последнего времени задача определения исходных усталостных свойств отдельно взятой детали казалась неразрешимой. Однако в связи с развитием конкурентноспособных однообразцовых методов испытаний на усталость открылась перспектива ее решения, хотя трудности на его пути не исчезли. Во-первых, рассматривая нагру-жение детали в эксплуатации как натурный эксперимент, нужно было бы располагать полными сведениями о режиме нагружения, для чего необходим, хронометраж работы детали до поломки. Во-вторых, даже при его наличии возникают трудности уточненного определения исходных характеристик сопротивления усталости, обусловленные известной неопределенностью влияния на долговечность нагрузок эксплуатационного спектра, лежащих ниже предельной.

АКТУАЛЬНОСТЬ TEMI. В связи с изложенным становится актуальным поиск уточненного экономического способа определения исходных свойств разрушившейся детали. В диссертации впервые разработаны и апробированы решения, позволяющие обходиться усеченной информацией о режиме нагружения детали, исключить вопрос об учете малых нагрузок и добиться повышения точности оценок. Тем самым обосновывается актуальность темы и целесообразность ее проведения. Полученные результаты будут способствовать развитию краностроения и машиностроения в целом, более грамотной эксплуатации техники.

СВЯЗЬ РАБОТЫ- С НАУЧНЫМИ ПР0ГРА1*®МИ И ТЕМЙМИ. Работа связана с выполняемыми университетом научными исследованиями по заказу Министерства образования Украины, посвященными совершенствованию оперативных способов определения характеристик сопротивления усталости, и отвечает приоритетному научному направлению по ресурсосберегающим технологиям.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДЖДНИЯ. Целью работы было создание но вых подходов к проведению технических экспертиз усталостных поломок деталей при ограниченной информации о режимах их эксплуатации, которая, будучи намного доступнее дорогой полной информации, давала бы не меньшую точность ожидаемых оценок. Для достижения цели решены следующие задачи:

- проведен анализ известных однообразцовых методов определения характеристик сопротивления усталости и рекомендованы простые алгебраические выражения для определения предела выносливости детали по факту ее разрушения, вытекающие из унифицировать кривой усталости Еейбулла;

- вычисления по указанным выражениям проверены по многочисленным экспериментальным данньм, построены функции распределена индивидуальных пределов выносливости деталей и подтвержден) удовлетворительное их соответствие устоявшимся представлениям;

- путем сравнения расчетов по унифицированной и действи тельньм кривым усталости показана пригодность унифицированно] ¡фивой усталости и для расчетов долговечности во многих практических случаях;

- дня оценки предельного состояния деталей обоснована безусловная пригодность линейной гипотезы при суммировании повреждений по индивидуальным кривьм усталости;

- на базе линейной гипотезы и унифицированной кривой усталости разработан эквивалентный перэход от неизвестного во все: подробностях нерегулярного режима нагружения к двухступенчатом нерегулярному режиму;

- с помощью указанного эквивалентного перехода к кривой ус ■талости новой формы с левым участком согласно' степенному уравне нию и правым участком согласно унифицированному уравнению Вей булла достигнута поставленная цель - выявление исходных свойст разрушившейся детали при ограниченной информации о режиме натру жения;

- эффективность предложенных решений подтверждена экспери ментальными данными.

НАУЧНАЯ В2ЕИЗН& ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. Впервые разработан и апробированы решения, не имеющие аналогов, позволяющие по из вестной максимальной нагрузке действительного спектра, наработк при ней и суммарной наработке получить исходную индивидуальну

кривую усталости для сравнения с той, которая закладывалась при проектировании, а значит - судить о причинах поломки детали.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ Р-ЕЗУЛЬТМШ. Предложенные решения готовы к практическая применению в технических службах эксплуатации грузоподъалных и других машин, доя которых ведется регистрация максимальной нагрузки и указанных наработок, нацеливают на проектирование машин, оснащенных средствами для такой регистрации.

Соответствующие рекомендации направлены для практического использования в объединение "Краян" и Одесский морской порт, в Эдесский государственный политехнический университет. Они будут переданы для внедрений! в морской порт г.Касабланки. Материалы сиссертаиии используются в Одесском государственном морском университете при изучении студентами дисциплин "Грузоподъемные ма -шны", "Конструкционная прочность" и "Динамика и прочность".

ЛИЧНЬЙ НЕСЛДЦ ССИСКМЕЛЯ.. Диссертация разрабатывалась соискателем в период с февраля 1995 года по февраль 1998 года на ка-ьедре "Теория механизмов и машин и детали машин". Две из восьми опубликованных соискателем работ написаны в соавторстве с руко-зодителем.

В них соискателю принадлежат:

- расчеты индивидуальных пределов выносливости, построение [функций юс распределения, проверка нормальности распределения;

- составление программ и расчеты на ЭЕМ циклических долго-1ечностей по разным кризым усталости, обеспечение машинной графики.

АПРОБАЦИЯ ЕЕЗУЛЬтаГОВ ДИССЕРТАЦИИ. Отдельные разделы дис-;ертации и диссертация в целом обсуждались на научно-технических сонференциях университета, на объединенном заседании кафедр теории механизмов и машин и деталей машин, подъемно-транспортных дашин, механизации и автоматизации портов.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 8 науч-njx статей: три из них, подготовленные .лично соискателем, - в журнале "Приднл-Провсъкм! науковий вл.сник. Cepin Машинобудуван-1я", остальные депонированы в ГНТБ Украины.

СТРУКТУРА И СЕГЬЕМ РАБОТЫ, диссертация состоит из введения, ютьрех разделов и выводов и содержит 185 страниц, в том числе !8 рисунков, 24 таблицы и список литературы из 109 наименований, 'екст диссертации начинается с четвертой страницы, рисунки, таб-

лицы и список литературы занимают 22, 33 и 11 страниц соответственно.

СОДЕРЖАНИЕ ЕРВСЯЫ

Во введении обоснованы актуальность диссертационной работы, целесообразность ее проведения, научная и практическая ценность, связь с проводимыми университетом научными исследованиями, сформулированы цель и задачи.

В ПЕШСМ РАЗДЕЛЕ, посвященном общности проблем технических экспертиз и оценок индивидуальных характеристик сопротивления усталости, приведен обзор однообрззцовых методов определения предела выносливости детали по результату ее разрушения в эксплуатации- или в запланированном эксперименте, которые можно использовать при проведении технических экспертиз, рассмотрены новые модернизации методов Локати и Эномото, методы, основанные на эквивалентности монотонно возрастающего и постоянного нагружений и на связях между параметрами кривых усталости. Последние имеют преимущества перед остальными, они использованы в работе.

Применительно к степенному уравнению наклонного левого участка традиционной гризой многоцикловой усталости с правым горизонтальным участкам

и ni „ „С , „,

а ■ N = oR • NG = 10 = const, (1)

текущие брутто-напряжение и соответствующее ему число циклов до разрушения; предел выносливости;

число циклов (долговечность) как абсцисса условной точки перелома кривой усталости; параметры, упомянутые связи имеют вид

,m = f (crR) = a ■ gr + b (2)

C. = F(ctr) = a • (m + 1) • lgaR + p (3)

где a, b, a, (3 - коэффициенты. При выражении предела выносливости в МПа для стальных деталей а = 0,027; b = 1,4; a = 0,997; Р = 4,0 при lgaR > 2,5 и р = 4 + 0,5(2,5 - lgaR) при lgaR< 2,5.

где ст и N -

Ng -ш и С -

При наличии связей (2), (3) и регулярном нагружении индивидуальный предел выносливости согласно выражению (1) легко найти из уравнения, решаемого на ЭВМ

ст • N - 10 =0 (4)

Уравнение (4) применимо при условии, что опытная долговечность N при напряжении о не превышает заметно долговечности NG, что является его недостатком.

Для единого во всей многоцикловой области уравнения Вейбул-ла кривой усталости

(ст - Cr)™" • N = 10е" = const (5)

где ст и N - как и прежде, текущие напряжение и соответствующее ему число циклов до разрушения; ctr - предел выносливости; т*; Си; CTR - параметры, аналогичные параметрам т, С и oR кривой усталости с левым участком согласно уравнению (1) и правым участком согласно уравнению горизонтали а = cF., связи между параметрами имеют вид

Ши = fw(CTR) = а„ • ств + it) (6)

C« = F„(ctr) = с% • ctr + ß» (7)

где ам, Ья, Our ßw - коэффициента. При ctr, выраженном в МПа, для стальных деталей ,эи = 0,002; Ьц = 0,800; а« = 0,005; ßw = 6,600 (в среднем).

В случае регулярного нагружения с помощью связей (6) и (7) предел выносливости находят из уравнения (5), переписанного в виде

fw(öR) Fm(Gr)

(er - Ctr) • N - 10 = 0 (8)

В отличие от уравнения (4), уравнение (8) пригодно к применению при любых опытных дсшговечностях N многоиикпового нагружения. Оно отличается повышенной точностью при больпих и очень больших N и несколько уступает уравнению (4) при N < 0,5 • 106 циклов. Унифицированное уравнение ВейОулла кривой усталости ха-

рактерлзуется параметром щ, = 1 и в таком вице может применяться для оценки несущей способности деталей из различных материалов независимо от их размеров и формы. Параметр Си' этого уравнения связан с пределам выносливости зависимостью

Си' = Еи' (стк) = а«' • 1дстк + (У (9)

где а»» и рЛ - коэффициенты. Приближенно можно принять а«' = 1, =5,1. исходя из уравнения (5) при гц = 1 и связи (9) получена алгебраическая формула для определения предела выносливости

стк = ст/(1 + 105'7Н) (10)

В случае нерегулярного нагружения, представленного упорядоченным блочным дискретным режимом с К уровнями (ступенями) напряжений, формула для предела выносливости приобретает вид (при ак > стк)

0* = I (01 р! }/(1 + 105Д/1Ъ} (11)

где стк - минимальное в блоке напряжение; с^ - ¿.-тое напряжение блока; Р! - относительная длительность действия напряжения о^ , Р1 = Пд. Пд - число циклов нагружения детали напряжением за весь срок службы (наработка детали при напряжении 01 ); - суммарная наработка детали до разрушения в циклах.

Если исходить из уравнения (1) левого участка 1фивой усталости, допустимости экстраполяции его ниже предела выносливости при суммировании повреждений и связей (2), (3), то при учете всех напряжений спектра нерегулярного режима предел выносливости можно найти из уравнения

Ъ-Ю*™/^™ .2 (О^.р,)] =0 (12)

/»1

где 01 - максимальное напряжение в блоке; с^ - отношение напряжения 01 к напряисению 01 .

Применение уравнений (11) и (12) при достоверно известном режиме нагружения ограниченно. Первое как бы отсекает все напряжения спектра ниже предела выносливости, хотя некоторое из них могут оказывать повреждающее действие. Это обусловлено тем, что уравнение Вейбулла лишено смысла при с^ < аа. Второе, наоборот, учитывает и те напряжения спектра, которые не вызывают повреждений, если не вводить нижнкю границу повреждающих напряжений -величину, недостаточно определенную. И в том и в другом случае при вычислении предела выносливости могут наблюдаться большие или меньшие погрешности, что требует подходить к использованию формул (11) и (12) с осторожностью.

ВО ВТОРОМ РАЗДЕЛЕ приведено обоснование правомерности технической экспертизы на базе унифицированного уравнения Вейбулла кривой усталости. Дано экспериментальное подтверждение приемле^-мости формулы (1С)) для определения предела выносливости по наработке детали при регулярном нагружении. Использованы результаты испытаний объектов различных размеров и форм, изготовленных из сталей и других материалов по разным технологиям, от образцов диаметром 10 мм до валов диаметром 200 мм и пластин 90 х 120 мм. Сравнением опытных и расчетных данных доказано, что формула (10) пригодна к употреблению при любом уровне прочности объектов. Главным остается требование, чтобы опытная долговечность N не была слишком малой.

По результатам испытаний на усталость крупных образцов в статистической постановке с помощью формулы (10) определены пределы выносливости каяздого образца, построены ¡фивые распределения индивидуальных пределов выносливости на нормальной вероятностной сетке и сопоставлены с соответствующими кривыми распределения для логарифмов долговечности. Показано, что в отличие от последних, которые приводятся к нор2^аальному закону при низких напряжениях лишь путем введения порога чувствительности по циклам, кривые распределения пределов выносливости независимо от уровня нагружения подчиняются нормальному закону. Более строго приемлемость нормального закона распределения предела выносливости подтверждена с помощью критерия согласия Шапиро-Уилка.

Сравнение долговечностей по степенному, Вейбулла. и унифицированному Вейбулла уравнениям кривой усталости в мнотоцикловой области показало, что выражение (10) обеспечивает приемлемую для

практики точность оценивания долговечности при регулярном нагру жении.

Исчерпание ресурса детали при нерегулярном нагружении можн заменить исчерпанием его при постоянном уровне нагрузки - макси мальном или меньшем максимального, но превышающим предельный Тогда долговечность на этом уровне, обычно называемая эквива лентной, по логике вещ<эй будет долговечностью по индивидуально кривой усталости. Если исходить из равенства наработок пр нерегулярном и эквивалентном ему регулярном режиме, то искомы будет эквивалентное напряжение стЕ по той же индивидуальной кри вой усталости, при котором разрушение наступит через N3; циклов В такой постановке перэход от заданного режима к эквивалентно!»! на основе линейной гипотезы суммирования повреждений становитс вполне обоснованным и однозначным.

При экспериментальной проверке линейной гипотезы и подсчет сумм относительных дслговечностей приходится долговечности г^ наработанные деталью на уровнях 01 нерегулярного нагружения, 01 носить к долговечностям N1 регулярного нагружения на тех я уровнях других деталей, так как испытать одну и ту же деталь пс вторно нельзя. Из этого следует, что экспериментальная проверк гипотезы, строго говоря, не может ни подтвердить ее, ни опрс вергкуть. Однако если говорить о предельных характеристиках, не о тех, которые соответствуют определенной использованной час ти ресурса, то прогнозирование этих характеристик по линейнс гипотезе как закону, который неверно отражает процесс накоплена повреждений, но верно предсказывает его завершение, закономерно Отдельно взятая деталь имеет конкретные свойства, случайные ряду свойств идентичны}: деталей, но детерминированные по отноше нию к ней самой. Опираясь только на свойства этой детали, можн констатировать справедливость линейной гипотезы по предельное состоянию независимо от форшт кривой усталости. Следовательно унифицированная кривая усталость может применяться при эквивг лентных переходах от режима к режиму наравне с другими кривые при условии, что .эксплуатационный спектр напряжений лежит выл предела выносливости.

В ТРЕТЬЕМ РАЗДЕЛЕ рассмотрено проведение технических экс перткз усталостных поломок деталей грузоподъемных машин при дос товерно и частично известных режимах нагружения. в первом случа использовали формулы типа формулы (11), полученной при сведен*

нерегулярного режима нагружения к регулярному и допущении, что наработки при эквивалентном переходе совпадают, а суммирование усталостных повреждений отнесено к индивидуальным кривым усталости разрушившейся детали. Погрешности оценок исходных свойств детали в этом случае связаны с уже упоминавшимися особенностями перехода от полностью известного спектра напряжений к регулярному режиму. Хотя спектр напряжений и известен, но наперед неизвестно, какие из его уровней сохранить как повреждагацие. При переходе на основе кривой усталости Вейбулла отсекаются все напряжения от предела выносливости и ниже, в том числе и повреждающие, что может привести к грубим ошибкам. При переходе на основе степенной функции левого участка кривой усталости и приемлемости его экстраполяции вниз ошибки получается меньше, но нижняя граница повреждающих напряжений назначается приближенно или исключается, и связанные с этим ошибки расчета сохраняются. Выходит, что и при доподлинно известном режиме нагружения их избежать зачастую не удается.

Во втором случае для выявления свойств разрушившихся деталей исходили из минимальных данных о режиме нагружения: максимального напряжения Ох , наработки при нем и суммарной наработки N2; . В этом случае свести действительный режим нагружения к регулярному непосредственно нельзя, но его можно свести к эквивалентному двухступенчатому, у которого максимальное напряжение Стх равно максимальному напряжению действительного режима, а минимальное напряжение аг служит эквивалентом Есех остальных напряжений от второго до последнего действительного режима. При этом для эквивалентного двухступенчатого режима кроме известных Стх, П1 и Рх = Пх /Щ, будут известны п2 = N2 - и р2 " п2 = = 1 - Рх .

Для отыскания напряжения а2 эквивалентного режима рассматривали три возможные соотношения межцу напряжениями ст2 и ак : ст2 = = Ста, СТ2 < Он, С2 > СГа. Исходя ИЗ УСЛОВИЯ, ЧТО Пу/Мх + п2/М% = Щ/Мх + п2/Ы2 = Рх + р2 = рх' + р2' = 1, получили зависимое™ пи клевых отношений Рх' = Пх/Их и р2' = п2/М2 от относительной наработки Рх для деталей разной прочности. В качестве примера на рись'нках 1 и 2 показаны зависимости Р'х.ПРх), Р2' (сга) на основе степенного уравнения левого участка кривой усталости при с = ст1/сг[( — 1, 25 и

0 о,г о,4 o,6

Рис. I. Зависимости С Д): 1-8 - б"с = 50, 100, 150, 200 , 250 , 300 , 350 , 400 Ша

0 100 200 300 б^ИПа

Рис. 2. Зависимости 1-7 - f>± =0,01, 0,1,

0,2, 0,3, 0,5, 0,7,"0,8

з2 = 0R- Из рисунков видно, что исследованные зависимости имеют явно выраженный характер и их можно рассматривать как многозвенные ломаные. Например, в интервале типичных для кранов отношений Вз от 0,05 до 0,2 зависимости р2' (стя) можно аппроксимировать прямыми

Р2' (Or) = А • CTR + В (13)

где А, В - коэффициенты, зависящие от pi. Согласно зависимостям (13) получено уравнение с одним неизвестным

f (СТо) FÎCTr)

R' • П1 - 10 1 R' - [1 - р2 (а*)] = 0 (14)

где f (а,) и F (а,) - связи (2) и ¡3). Уравнение (14) легко решается с помощью ЭЕМ.

Определение напряжения ст2 эквивалентного двухступенчатого режима при ст2 < oR обусловлено введение!л нижней границы повреждающих напряжений и допущением о его уровне по отношению к ней и максимальному напряжению. В результате формулы для расчета предела выносливости могут иметь различные коэффициенты. Кроме того, согласно условию эквивалентности двухступенчатый режим должен иметь две ступени, а не одну, а значит, напряжение а2 должно быть разрушающим при регулярном нахружении, т.е. основным становится сочетание ст2 > ctr .

При ст2 > Or исходя из унифицированной кривой усталости Вей-булла приходим к уравнению

I

(CTi- Or) • щ - 10^ • (1 - Ра") =0 (15)

аналогичному уравнению (14). С учетом связи (9) из уравнения (15) получаем алгебраическое выражение для определения предела выносливости

Or = Oinj /[Пх + 105Д(1 - Р/)] = Oi-Пх /1щ + io5'1 • Рз.') (16)

Из выражения (16) следу€.>т, что предел выносливости при заданных Oi и ni весьма чувствителен к отношению pi' или р/ , кото-

рые в свою очередь зависят от отношения с. Это отношение Щ проведении экспертизы неизвестно, что затрудняет определение ( или 3/ на основании унифицированного уравнения Вейбулла, как на основании степенного уравнения (несмотря на то, что факт( прочности детали, играющий в последнем случае, как видно из р сунков 1 и 2, важную роль, исключен). Дальнейший прогресс до тиснут исходя из кривей усталости новой формы с левым участк согласно степенному уравнению и правым участком согласно униф дарованному уравнению Вейбулла, пересекающихся внизу в точке координатами Ып, стп. В качестве абсциссы Ип принято значени близкое к абсциссе МЕ традиционной криБой усталости, равное 2 1.06 циклов независимо от материала, формы и размеров детал Подход на базе кривой усталости новой формы назван обобщенным.

Согласно'обобщенному подходу все реальные режимы нагружен делятся на две труппы: с стх > а„ и о1 < стп . Более распростране ными являются режимы первой группы.

При С} > оП определение предела выносливости как индавод ального значения проводится в таком порядке. Предварительно г даются отношением Рх' или р/ , пользуясь зависимостью Рх' (Рх) к Рг (Р1) и по формуле (16) находят предел выносливости в перн приближении. По найденному пределу выносливости стк и связи | вычисляют параметр ш левого участка кривой, а также напряжен сгй по уравнению правого участка

оя = (1 + Ю5'1 / Мп> (3

Параметр го из связи (2) сравнивают с параметром га леве участка

ш = 1д(Ы„ / N1} / 1д(01 / стп> (]

проведенного через точки с координатами N1 = Пх / Рх , Ох и Ц,, • При отличии параметров по связи (2) и по формуле (18) задают : вое значение Рх' или Рг' и описанный процесс повторяют. Проц итерации, легко реализуемый на ЭВМ, продолжают до минимал приемлемого различия предыдущего и последующего значений пред выносливости по формуле (16), т.е. до того момента, пока дол вечность N1 не совпадет с абсциссой верхней точки пересече

участков кривой усталости. Как видно, в процессе итерации задействованы оба участки! кривой усталости новой формл. Пределы выносливости деталей, показавших большую или меньшую наработку при том же режиме нагружения, находят при приемлемом допущении о равенстве эквивалентного напряжения для этих деталей, так как изменения рх в формуле (16) подразумевается происходящим за счет наработки Пх. Процесс итерации не пойдет, если исключить один из участков кривой усталости новой формы. Такое явление наблюдается для режимов второй группы, когда левый участок кривой усталости исключается, а долговечность исчисляется по правом;/' участку.

При < стп долговечность будет довольно большой, поскольку должно бить N1 > Мп и < Ма < N2, а отношение с - «альм. При этих условиях

1 + 105':1 / с £ 1 + 105'1 / (19)

При Ип = 2,5 10б циклов

ю5-1

3 + ~—<с<1,05 (20)

Таким образом, отношение с при с^ < ап оказывается в очень узком интервале. При среднем его значении непосредственная оценка предела выносливости как частного = Стх / с будет получена с ошибкой, не превышающей 3%, что более чем приемлемо.

В ЧЕТВЕРТСМ РАЗДЕЛЕ были рассмотрены экспериментальные данные разных авторов, полученные при испытаниях лабораторных образцов и реальных деталей при изгибе, растяжении, кручении с симметричным и ассиметричным циклами изменения напряжений. Они хорошо согласуются с положениями, изложенными выше, и подтверждают приемлемость разработанных подходов к проведению технических экспертиз усталостных: поломок деталей. В частности, свидетельствуют о правомерности применения линейной гипотезы суммирования усталостных повреждений на основе индивидуальных кривых усталости как при достоверно известном режиме нагружения, так и при ограниченной информации о нем. При сведениях только о максимальном напряжении, наработке при нем' и суммарной наработке, оценка исходных свойств разрушившейся детали оказалась даже точнее, чем при полной информации о режиме нагружения. Замена части действительного спектра нагрузок от второй до последней Э1свива-

лентным ей нижним напряжением двухступенчатого режима с известной длительностью действия позволила снять вопрос о роли нижнее границы повреждающих напряжений и повысить за этот счет точность оценок. Решения получены благодаря отмеченному истолкованию линейной гипотезы суммирования повреждений и использованию кривой усталости новой формы.

ВЫВОДЫ

1. Выяснение причин поломки детали в эксплуатации являете важнейшей задачей технической экспертизы. С установлением надежных связей между параметрами кривой усталости и развитием одно-образцовых методов испытаний на усталость, стало возможным оце низание исходных усталостных свойств отдельно взятой детали.

2. Детали грузоподъемных и да/гих машин подвергаются в экс плуатации нерегулярному нагружению. Сведение действительног сложного спектра нагружения к более простым упорядоченным спек трам или к регулярным режимам, неразрывно связано с суммировали ем усталостных повреяздений.

3. Традиционная форма многоцикловой кривой усталости с ле ньм участком согласно степенной функции и правым горизонтальнь участком обеспечивает приемлемую точность оценок индавидуальнь свойств детали, если долговечность, при регулярном нагружении ь превышает абсциссы точки перелома кривой. Так как в действитель ности это условие не всегда выполняется, то возникла необхода мость прибегнуть к кривой усталости Вейбулла. Проведено всестс роннее исследование особенностей унифицированной кривой Вейбуш и доказана пригодность решений на основе этой кривой для мноет практических приложений.

4. Чтобы наилучшим образам охватить всю область многоцикле вей усталости и полностью обеспечить в ней функциональную зав] симость долговечности от напряжения, понадобилась кривая устал* сти новой формы, левый участок которой подчинен степенному ура: нению, а правый - унифицированном;/- уравнению Вейбулла. Абсцис нижней точки пересечения участков положена равной абсциссе тр диционных ¡фивых усталости. Благодаря этой кривой удалось разр ботать обобщенный подход к определению исходных свойств разр шившейся детали при ограниченной информации о режиме нагружени

5. Традиционно индивидуальные свойства детали, которая разрушилась в эксплуатации, можно определить по известному режиму нагружения. Однако при этом остается неясным, до какой степени малости действующие нагрузки должны учитываться при суфлировании усталостных повреждений, что может отрицательно сказаться на точности ожидаеьжж оценок.

6. Учитывая трудности сбора полной информации о режимах нагружения деталей и однозначного отражения ее в расчетах, разработали подходы к оценке исходных свойств разрушившейся детали при минимальной, а значит, более доступной информации о режиме нагружения, которую можно накапливать на каждом *ране, каждой матине. Установлено, чю в качестве такой информации .могут служить данные о максимальной нагрузке, наработке при этой нагрузке и суммарной наработке.

7. На базе указанной минимальной информации действительный режим нагружения пришлось сводить к эквивалентному двухступенчатому режиму, соответствующее той же суь!марной наработке. Выявилось естественное деление режимов на две группы: с максимальным напряжением выше ординаты нижней точки пересечения участков кривой усталости новой формы и с максимальным напряжением меньше этой ординаты или равным ей. Для режимов первой группы использован обобщенный подход, опирающийся на оба участка кривой устало^ сти новой формы. Для режимов второй группы использован подход, отнесенный к правому участку кривой усталости.

8. Предложенные разработки проверены по многочисленным результатам испытаний малых к крупных образцов и реальных деталей и оказалось в хорошем соответствии с ними. При усеченной инфор« мации о режиме нагружения выявление исходных свойств детали во многих случаях было точнее, чем при полной информации о нем. На этом основании предложенные решения можно рекомендовать к широкому применению при проведении технических экспертиз усталостных поломок деталей уранов как 5олее достоверные и дешевые.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Рапщауи А. К вопросу технических экспертиз усталосиых поломок деталей кранов / Одес.гос.мор.ун-т.-Одесса, 1996.-21с.-Деп.в ГНТБ Украины 09.01.96,№196-Ук 96.

2. Олейник Н.В., Рапщауи А. О функциях распределения инди-

видуальных пределов выносливости / Одес. гос. мор. ун-т. ■ Одесса, 1996,- 21с.-Деп.в ГНТБ Украины 29.05.96,N'1303 -Ук 96.

3. Олейник Н.В., Рахцдауи А. О циклических долговечности: деталей, рассчитываемых по различным кривым, усталости , Одес. гос.мэр.ун-т.-Одесса, 1997. -21с. -Деп.в ГНТБ Украины 19 .02.97, №168-Ук 97.

4. Рапщауи А. Проведение технической экспертизы усталостны

поломок деталей при ограниченной информации о режиме и нахружвния / Одес. гос.мор.ун-т.-Одесса,1997.-14с. Деп.в ГНТБ У1фаины 02.06.97, №346-Ук 97.

5. Рапщауи А. К вопросу о проведении технических эксперти усталостных поломок крановых деталей при ограниченно информации о режимах их нагружеыия / Одес. гос.мор.ун т.-Одесса,1997.-18с.-Деп.в ГНТБ Украины 11.11.97, №544 Ук 97.

6. Рапщауи А. Определение исходных свойств разрушившейс детали при нерегулярном иагружении // Гфиднхцровськи науковий в1Сник.-1997.-№50(61).-С.37-42.

7. Ращцауи А. Техническая экспертиза усталостной поломк детали при неполной информации о режиме ее нагружен* // Придн±провсь 1сий науковий в!сиик. - 1997.- №50(61). С. 18-23.

8. Рапщауи А. О случаях разрушения деталей, преяздевремеш выработавших, свой ресурс // Прианл-провський вауковр в±сник.-1997.-№50(61).-С.31-34.

Ращцауи Абдельуахед. Метод экспертной оценки усталости: поломок деталей крановых конструкций. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технич« стаж наук по специальности 05.05.05. - подъемно-транспортные м< шины. = Одесский государственный морской университет, Одесса 1998 г.

В диссертации на основе новейиих однообразцовых методов о: ределения характеристик сопротивления усталости приведены пол жения для оценки исходных свойств отдельно взятой детали разр; шившейся в эксплуатации. Решены задачи касагациеся суммирован усталостных повреждений, конкурентоспособности унифицированн

кривой усталости Вейбулла, возможности эквивалентной замены неизвестного во всех подробностях действительного спектра нагруже-ния двухступенчаты.! спектром, эффективности испохъзоважя 1фивой усталости новой форьы с левым участком согласно степенному уравнению и правым участком согласно унифицированному уравнению Вейбулла. В результате впервые разработаны и апробированы подходы к проведению технической экспертизы усталостных поломок деталей ¡фановых конструкций при ограниченной информации о режиме их на-гружения, сводящейся к регистрации максимальной нагрузки, наработки при ней и cyi¿маркой наработки. Материалы диссертации передаются в морские порты городов Одессы и Касабланки, используются в учебном процессе при изучении студентами специальных дисциплин.

Ключевые слова: детали кранов, однообразцовые методы испытаний на усталость,, экспертиза усталостной поломрси детали, режим нагружения, минимальная информация о режиме, определение исходных свойств детали, апробация разработок.

Rachdaoui Abdelouahed. Expert estimation method of crane structures parts' fatigue breakages.-Manuscript.

Thesis thane to reach the Doctor Philosophy (Ph.D) scientific degree in the speciality 05.05.05 - Hoisting and transport machines.-The Odessa State Maritime University, Odessa, 1998.

In the thesis the pozitions for estimating initial properties of a separately taken detail failed in operation on basis of new single-specimen methods of fatigue characteristic's designation has been given. Problems concerning summation of fatigue damages, conpetability of unified Weibull fatigue curve, possibilities of equivalent replacement of unknown in depth of real loading spectrum by two-stage spectrum, efficiency of using new shape of fatigue curve with left portion according to a degree equation and right portion according to unified Weibull equation has been resolved. In consequence, for the first time the approaches to carrying out of technical examination of crane structures parts' fatigue breakages in case of limited information about their loading mode reduced to recording of maximum load, operating time with maximum load and overall operating time has been worked "out" and" tested." The "results of this thesis can be used in ports of Odessa and Casablanca, in teaching courses for students of special departaments.

Key words: crane parts, single-specimen methods of fatigu test,examination of parts' fatigue breakages,loading mode, min mum information about mode, designation of parts' initial prop erties, results approbation.