автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Оценка фретинг-усталостных поверждений опорных зон оболочек котлов цистерн

Р Г Б ОД

Министерство путей сообщения Р 1> Московский Государственный Университет Путей Сообщения /МИИТ/

На правах рукописи

ЧЕНЮБА ТАТЬЯНА ГЕННАДИЕША

УДК 629.463.3/013.3/

ОЦЕНКА ФГЕПИНГ-УСТАЛОСШЫХ ИОВРЕВДРНИЯ ОПОРНЫЕ ЗОН ОБОЛОЧЕК КОТЛОВ ЦИСТЕШ

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994 г.

Работа выполнена в Московском Государственном Университете Путей Сообщения /МИИТ/.

Научны!! руководитель - доктор технических наук, профессор

Коууранов В.Н.

Официальное оппоненты - лауреат премии им.Галеркина,

доктор технических наук, профессор Шапошников H.H., - кандидат технических наук, доцент Покровский l-.il.

Вздущае предприятие - IIKI5 Главного управления вагонного

хозяйства МПС

Защита диссертации состоится " I&94 г. в

час, па заседании специализированного совета Д 114.06.05 при Московской государственно;! университете путей сообщения /МИИТ/ по адресу; I0I475, ГСП, г. Москва, Л - 55, ул, Образцова 15, ауд. rfW

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Отвыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по адресу совета университета.

Автореферат разослан Iüü4 г.

Ученый секретарь епйциг.лизированного совета

доктор техн. наук, профессор Филиппов В.Н.

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАГ<ПН Актуальность тени. При пкономической отпоилияпции страны и при расширении международных связей следует олиушть увеличения объема перевозок, что обусловливая? необходимость дальнейшего совершенствования железнодорожного транспорта, п частности, его вагонного парка.

Значительная доля парка грузопых пагомоп приходится на цистерны, и их большая часть осуществляет перевозки нефти и нефтепродуктов. Повышенная экологическая опасность нефтепродуктов и их ценность предъявляют высокие троОопанил и надежности конструкций цистерн и, особенно, их' котлов.

Большое влияние на определение усталостной прочности, а следовательно, срока службы оболочки котла четн[*т>слой цистерны, оказывают локальные нагрузки, прикладываемые к котлу в опорной зоне, В результате эксплуатация цистерн в мостах контакта котла о опорными брусьями возникают трещины оОолочки. Причина зарождения и развития этих трещин может быть связана с Фреттинг-уста-лостью опорных зон котлов. Фреттинг заслуживает одинакового внимания наряду с другими факторами, сокращающими срок службы котлов цистерн. В то ао время, влилнир Фреттинга на уменьшение усталостной прочности котлов цистерн совершенно но изучено, хотя взаимодействие котла и опорного устройства таково, что может приводить к явлению фреттинга.

Поэтому весьма актуальной'является задача проведения исследований-, налравленных на подбор и обеспеченна реализации методик оценки влияния фреттинга на уменьшение усталостной прочности оболочек котлов чотарахосных цистерн, а такаэ оценка влияния различных факторов на «игиенонио фроттинг-уствлостиоП долговечности оболочек котлов цисторн при эксплуатации, «

Цель работы. На примере четырехосной цисте|>ны, имеющий раму, предложить достаточно щюстуш методику оценки фреггиш'-уста-лоотных повреждений оболочки котле в аштх ее нятшодейстпич с опорой, подобрать необходимые исходные материалы длл проведении численных оценок и оценить- сроки развития ф^ттиш-.унтплоепшх трещин при динамических, периодически илиннлыщихсл нпгружпнилх цистерн.

На базе предлагаемой методики рассмотреть пдипиио рп.цп Ф«к-торов на процесс протеканил Ф|юттинга п зонах контпктп оболочки котла цистерны с опорными устройствами.

Научная новизна работы заключаетеи и:

- постановке задачи и реализации математического ониелнил п|юцио сов развития фроттинг-усталостннх повреждений п поив опор котлов циотерк с учетом реальной схемы нагруженил конструкции;

- установлении характера влияния различных фяктирон н.ч развитие фреттинг-уоталоетшх повреждений котлов цистерн.

Практическая ценность. 13 работе раскрыклетсл одна и.ч причин паиболйо чаото возникающих повреждений котлов цистерн, имеющих раму, в зонах их взаимодействия с опорными устройствами. Ото представляет возможность обосновывать технологию (кзмонта цистерны с ¡заменой базовых узлов, которой в ндстояи^а времл ия-яа деФици- • та. поставок новых вагонов придается большое алачаниа.

Установлены сроки эксплуатации, при которых пмсока перолтпость попвлошш фрзттннг-устйлосишх трощин.

, Нродлояонная методика оценки долговечности оОолочок котлов цистерн при фроминг-усталостн йог,от бить использована длл опре-ДЭЛ91Ш1 долговечности деталей вагонов, раоотдацих в оналогичнш условий.

Апробация. Основные по додан ил диссертации долокипн на пасе-

лании ипфвдры "Вагоны и ватинов хозяйство" МГУПС '^г/.

Публикации. По ыатериапям диссертации оиуОликоппио две работа.

Структура ч объем работ». Дисиортпцил состоит им грпденил, четырех глав о подразделами, лнкпичяпня, списка истш.зоппипой литературы, включающего 131 наименовании, и содпрдапт I 1-1 стрпниц Машинописного текста, б таолиц, 1У рисунков,

основное СОДЕШНМ глкли

Во введении обосновывается актуальность ритмсмой п дигсерта-цни проблойи, кратко излагаотся направленное!!. р'Юоты.

В первой глава приведены общие спе'снил о расчетпх оболочек вращения цилиндрического типа, применяемых п цистррпостроонии.

Отмечено, что в связи с геополитическими реалилмн последних лет существенно возрастает роль железнодорожного транспорта в г>[>-фоктипном функционировании и развитии экономики России. Цистерн являются одним из основных и п то жо в (.«мл дефицитных типов подвижного состава» Поэтому для решения проблемы ¡юмоптп цистерн с целью увеличения срока их службы с заменой базовых узлов т|>о-буотся применение наиболее современных методик оценки пучности основных уэлоБ, в частности их котлоп.

Исходя из этого, сформулированы цели и задачи диссертации и методы их реализации.

Для решения поставленных задач в главе кратко гцюанализиро-ваны сойременные методы решения задач прочности цистерн,

Отае'чэно, что большой вклад в разработку современных нэто-дов оценки прочности оболочзк котлов жслэзнодорожннх цистерн и днцоничвекой нагружеикооти вагона вкеоли груды таких ученых: Е.П.Блохина, С.В.Ввраннойого, И.Ф.Вэриго, В.Н.Данилова, В.П.Ко-

- г. -

туранова, В,1<.Ушиалова, И.И.Челноком«, Л.Л.Шатура и 'Ч'-

Особенностью жвлеинодо|южных цистерн лнлиетсл то,что кузов /котел/ представляет собой цилиндрическую ооолочку, накрытую с торцов эллиптиче.жими днищами. Известно, что такие конструкции способны выдерживать цысокое давленио, но чувствительны н вол-действию лркалышх нагрузок, что требует при оценке нмгружошшети котла рассматривать его как тонкостенную пространственную конструкцию с использованием основных принципом теории оболочек. Наиболее эффективным методом прочностных расчетов сложных конструкций является метод конечных элементов /й\{д/.

Поскольку цистерны работают в условиях динамического, многоциклового нагружения, то одной на главных задач яплнптол обеспечение прочности, надежности и долговечности конструкции при возникновении и распространении трещин с применением расчетных методов прогонозирования роста Т|ющин до достижения недельного состояния. Подобные расчеты выполняются с помощь';1 механики разрушения, важнейшей характеристикой которой является когкЫ'Ициент интенсивности напряжений /КИП/.

Основные положения иеханики разрушения изложены в трудах ученых: П.Л.Одннга, Г.С.Васильченко, П.Ф.Кошелева, Г.Л.Леля, Б.П.Чебаевекого, А.Ф.Пронина, Т.Ёкоборн, В.А.Колмогорова, 'Т'.Мак--Клинтона, А.Аргона, Г.НеДбера, С.П.Премц, [З.З.Партона, Н.ГДюрис-ковского, Н.А.Ыахутова, В.В.Панасюка, Г'.П.Черепанова, Г.Либови-ца, Ю.В.Колесникова, Л.И.Слепяна, О.Морозова и др.

Отмечено, что в настоящее вреыл при определении долговечности нотлов цистерн целесообразно применять методики, используемые в мехшшко контактного разрушения, учитывая при этом процессы фреттинга в местах контакта нотла цистерны с опорными устройствами, так как иыанно в этих пестах чаща всего возникает

вмя»ины и трещины.

Во второй глава рассматривается методика расчета цилиндрической части котла в форме метода сил. Эта методика может Сыть применена для расчета конструкции из круговых цилиндрических оболочек постоянной или стуненчато-перемонноЯ вдоль образующей толщины. Для таких оболочек в качестве конечных элементов выбираются отсеки, заключенные между двумя плоскостями, перпендикулярными оси вращения. Расчет такой оболочки необходим для решения поставленной в диссертации задачи.

Предлагается использовать следующий инженерный метод для исследования напряженного состояния котла цистерны.

Оболочка рассчитывается как многократно статически неопределимая система. На первом этапе такого расчета в качестве основной статически возможной системы принимается конструкция, представляющая собой тонкостенную балку о нодоформируемым конту{>ом поперечного сечения. Элементарные напряжения, возникающие при этом, определяются обычными методами сопротивления материалов и дополняются напряжениями от статически неопределимых самоуравновешенных внутренних усилий, которые обусловлены деформацией контура сечений котла.

Для исследования напряхеннц-деформированного состояния оболочки котла цистерны предлагается дискретная конечно-элементная модель, в которой оболочка представляется совокупностью отсеков конечной длины и условных колец-шпангоутов, относящихся к стыкам отсеков»

Так -как в диссертации рассматривается схема загружения оболочки силами, симметричными относительно вертикального диаметра, то в качестве основного неизвестного выбирается'самоуравновешен-ное нормальное усилие ^ на поперечных площадках сечений, кото-

- о -

рое изменяется но длине отсека по линейному закону и аппроксимируется полиномом норной СТН1ШНИ

NXi - (/- pla^S^O ' , /I/

гдо - длина I -того отсека;

О»и подлежащие определению коэффициенты номера /7 узло-

вых усилий в начале I и конце 2 отсека;

- угловая координата точки на срединной поверхности

отсека;

X - координата точки, отсчитываемая вдоль образующей срединной поверхности отсека.

Представленное разложение /I/ удонлетиорнет условиям периодичности для замкнутой круговой оболочки постоянной толщины.

На мерного уравнения равновесия теории оболочек, взятого для случая отсутствия поверхностной нагрузки, устанавливает?0 характер поля саыоуравновешенного сдвигающего усилил, а также перепад касательных сил, возникающий в каждом из сечений стыковки отсеков. Перепад касательных сил, действующих в двух соседних отсекал оболочки, нагружает условный шпангоут и в нем возникает изгибающий момент.

Б данной главе приведены теоретические исследования напряженно-деформированного состояния оболочки котла четырехосной цистерны, имеющей раму, в зонах ее взаимодействия с опорными устройствами от вертикальных динамических нагрузок, соответствующих 3-ему режиму нагруженыл.

Поскольку трещины возникают s оболочке котла вдоль кромок

деревянных брусьев, то напряжения определялись на продольных площадках

- 9 -

é м я . /2/ Si Ъ

где ZM - расстояние от нейтральной оси саненил ооолочкн

до наружных точек шпангоутп;

- момент инерции условного шпангоута, расположенного между С -тым и С * 1-ым отсеками;

Msi - изгибающий момент на продольных площадках. Момент Mgi » приведенный п формуле /2/ в рассматриваемом решении представляется рядом

М*1 "Â (Mqi " J Со5п^ > /з/

где коэффициенты Мсц , Mâ¿ и M(¡¿ определяются по ниже приведенным формулам

м - ai-/ * (ù + ' t)ac - êt an ' , ...

nOi EJ/iâi*tg "aOr*-/)3 /5/

Kf _ fi (Sinn&it- Sw/7/3/¿) +

"вГ /л*-/)

. (St/r/rfîet*/ ~ St/7/7/в/с * / )

ïïnfn»- {).

/6/

, В этих формулах аI - коэффициенты рядов основных неизвестных /Уд ;

йторая производная по времени коэффициентов узловых усилий А;

У~ удельный вес материала обечайки котла;

/V - площадь поперечного сечения условного шпангоута расчет' • . . ной схемы, размещающегося между отсеками с номерами £ и С + I',

коэффициент разложения в тригонометрический рнд внешней

нагрузки, приходящейся на отсек иод помором , с « 1,2,...

о

Q.m (Ôl/rnfîg - SiW/(/3t)f /7/

где нагрузка, приходящаяся им С -ый отсек оОолочки)

и A ~ координаты образующих, который ог^тичивают илспцпд-ку приложения опорной нагрузки.

Следует иметь ввиду, что формулами /Л/ и /5/ определяются коеффициенты рядов моментов, корректирующих момент от нагрузки, коэффициенты которого иодсчитыниютсн по Формуле /6/. При птом Mal - статическая со товляющая моминта; Mai " Динамическая составляющая момента.

Так как повальные и касательные силы н отсеках оболочки, а также изгибающие моменты в шпангоутах расчетной модели и|юд-стислены как функции коэффициентов разложения иоипностных нормальных сил в начальном и конечном сечениях отсека, то для нахождения втих коеффициентоо можно воспользоваться вариационным принципом Кастильяно.

Используй нзложаннуи в диссертации методику для определения местных напряжений оболочки котла цистерны, получены их значения в местах ьзаимодайствия котла с опорными устройствами от вертикальных динамических нагрузок.

В stovI йе гласе рассмотрена зависимость реакции опор котла, вызываемых его собственной tsaccott и ыассой груза, от их геометрический размеров /рис.1/.

Так как цилиндрическая чисть котла представляет симметричную конструкции, и&груденнуо сиыаетричныын нагрузками, то достаточно рассмотреть одну половину ее оболочки.

Расчет усилий, возникающих в месте контакта брусьев н ци-

Расчетная cxeva к распределении опорных давлений

лаадрлчаской части котла, осуществляется по следующим зависимости

I +Рлст), /8/

где

■ вертикальная составляющая реакции от вертикальной нагрузки на ¿ -ом брусе; /ца- вес груза в котле;

собственней вое котла и укрепленных на нем частей,

? . _ ¿¿^к^И^ /9/

Лс '

где

п

~ деформация ¿.-того бруса от действия радиальной нагрузки1, подуль упругости материала, применяемого для изготовления ¿-того бруса;

/]' - опорная площадь бруса; //£ - высота бруса.

Вирахая дафарцацни крайних брусьев

н О^ через

о

дзфоршциа центрального бруса й/ в предполояенщ!, что сечение котла остается нруговш, получаем

. ¿\ = ¿¡-¿¿/З^С , /ю/

ГДб сГ/ - угол иазду вертикальной ось» симметрии котла и осью шшиатрш! С -того бруса, и, полагая, что иодули упругости материала всех опор одинаковы, иогаю получить уравнение относительно неизвестной деформации центрального (5руса

Лш. ,, г Яеп + *

¿'аз ¿г« = /п/

Определив » пс фор^'улаи /Э/-/10/ получаеа реакция опор

котла.

Расчеты показывают, что изменение высоты брусьев не влияет на перераспределение опорного давления между ними. Увеличение высоты одного из брусьев по сравнению с другими на 2 мм и болче, приводит к тому, что нагрузка передается только через этот брус, если он в центре опоры / » 0/, или котел "зависает" на двух брусьях - имеющем завышенную высоту и противоположным ему. Распределение опорного давления в большей степени зависит от площади контакта иеяду брусьями и котлом цистерны, то есть от качества подгонки опоры и цилиндрической части котла.

Третья глава посвящена выбору методики оценки долговечности оболочек котлов четырехосных цистерн, шавщих раму, в зоне локальных нагрузок /оценки времени до появлении сквозной трещины/.

На основании вобранной методики расчета произведена такие приближенная оценка долговечности оболочки котла при поданных резинах нагрудешш / от вертикальной динамической нагрузки/.

Поскольку процесс разрушения по;; ;ряности твердого тела связи! с контакт.'!!::.:» взаилодоЛствилли, вдавливанием, износом и др, то в этом вопросе, таа^о кал и б остальных вопросах механики разрушения, боз:'ог.ны фнзическио подходи, изучающие структуру материала, н неданическнэ, континуальные. В диссертации процессы поверхностного разрушения рассматриосвтсл с континуальной точки зрения, применительно в анализу налряженно-де^орлнровамного состояния тела с поЕорхноспшуИ трэщннши иетодгшн механики сплоа-ной среды шгеатз с с с о те а тс ?ву ет, и иритерилни роста трещины. При достааешга опрздолазшсЗ'ЕЭличнни нагрузки или ле при многократном ао приложении з зоио вои?аата дзук сопрштсеюцихся тол чолат пра:*с::од:'Ло рйзрусзш'.о. Являясь сначала лопалыша, оно Еа?з:1 уозет развиваться гмхтаотрсфячвсви а привести к поломке

конструкции. Особенно часто это явление наблюдается у твердых и сверхтвердых материалов, оОлядающих значительной хрупкостью.

Проблемой, близко примыкающей к механике контактного разрушения /МКР/, является фреттииг-устплость, которая подставляет собой разрушение деталей от совместного действия номинальных напряжений от циклически изменяющейся внешней нагрузки и контактных, также циклических напряжений, вызнанных трониом в мосте контакта детали с другой деталью. При любом виде нпгр.ужения усталостные трещины от фреттинга возникают всегда / и отличие от Обычных усталостных испытаний/ в том место, над которым находятся края контактирующей накладки - здесь же происходит и разрушение конструкции.

Схема взаимодействия котла цистерш с опорными устройствами соответствует моделям МКР, и определение долговечности оболочки котла осуществлялось с использованием аппарата линейной мохгники разрушения.

Считается, что усталостные трещины зарождаются при максимальном повторно-переменном касательном напряжении, которое представляет собой комбинацию касательных нлщяжений от трения и внешнего повторно-переменного воздействия. При этом глубина распространения трещин сдвигового типа в условиях"т|юнил небольшая.

При выборе расчетных моделей фреттинг-усталости на базе механики разрушения и для вычисления коэффициентов интенсивности напряжений необходимо в общем случае учитывать следующие компоненты: отатическую и переданную составляющие внешней нагрузки; амплитуду тангенциальной силы трения; нормальную контактную нагрузку или контактное давление. Так как учитывать все факторы и их взаимное влияние представляется затруднительным, то в ос-

новном расчеты и оценки фреттинг-усталосшой прочности ведутся при определенных допущениях.

Оценка фреттинг-усталостноН долговечности оболочки котла в зоне контакта с опорами осуществлялась м работе <• использованием модели Руке - Джонса.

В основе этой двумерной плоской модели лежи г анализ коэффициентов интенсивности напряжений при отрнни 4> и сдиигп А)/ для краевой трещины, находящейся и пластине перпендикулярно ни поверхности и подверженной действию нормальной Р и тангенциальной Р нагрузок на этой поверхности /рис. ','./.

В оОщем случае, когда распределение няпрлжоний на краю полуплоскости носит произвольный характер /рис. Н/, коэффициенты интенсивности напряжений могут Оыть вычислены посредством интеграла

где

распределение напряжений можду и ;

т-

подходящий нормированный коэффициент интенсивности напряжения для точечной силы, приложенной на расстоянии 6 от т[ющи-1Ш /$£. /.

При заданном распределении нормальных напряжении (?(&) для вычисления коэффициентов интенсивности напряжений К] и /(я необходимо подставлять в формулу /12/ вместо

таУ, а

при заданном распределения касательных напряжений соответственно ъсё).

Если распределение нормальных напрякений носит [шпномец1ыЛ характер /рис. 4/, то оно может быть записано в ви.те

*<*>'!&;> /п/

- 17 -

где - вся приложенная нормальная нагружен.

Если равноуорний характер носит расп^делепие и - настольных напряжений, то

-* /м/

где /у - вся тангенциальная нагрузка.

В модели Руке - Джонса предполагается, что пластина с трещиной предварительно не нагруиена, а такие значения ко^фициентн интенсивности напряжений мри отрыве -Л/ не могут бить отрицательными, так как трещина при этом закрывается. Полученные коэффициенты можно применять как.для статических, тик и дли племенных во времени напряжений. Так как скорость роста усталостных с трещим зависит от перепада коэффициента интенсивности напряжений Л К , то в анализе можно Орать зо значение, определяемое различием между максимальным и минимальным переменным напряжением.

Для определения зависимости длины трещины в оболочке котла цистерны от числа циклов погружения /времени онсплуатации цистерны/ в диссертации была использована инженерная методика Диш-впча - Махутова,

На основа модели Руно - Дт.онса Деховичеп и Махутошм была создана методика расчета фраттииг-усталостной прочности при следующих предположениях и допущениях:

1. Модель Руко-Дзонсае разработанная для полуплоскости, применяется для расчета реальных деталей. При этом не возникают существенные ошибки, тал как наибольшие значения коэффициентов интенсивности нздрядений от фрйттинга получаются при очень малых размерах трещин.

2. Размер зоны пластических деформаций у верлшш 1рещнны значительно иеньше ее длины, что позволяет использовать для расчетов уравнения линейкой механики разрушения.

3. Роот трещины определяется мпкоимнлышм кошМ'ИЦиептом интеи-оивности растягиввющих напряжений . Т^ющипа будит развиваться в пределах одного цикла нагружения иод углом к своему первоначальному направлению вдоль илощадни, па которой полпиклют максимальные растягивающие напряжения. ««личины << и ощю-

. дедяютоя по формулам и.и.Панасюка:

о( - агсбд £- meA'Vl/tl, /15/

' Cos*(«А) £ ft /16/

где A • f<g /Kj.

Величины и находятся по следующим мпписимостнм:

JCj - ftjff <-KJ/3 * Krr, /17-18/

где A- коэффициент интенсивности напряжений от пппшнпй цнкли-чеокой нагрузки, завИЪящий от вида нагружения; •

Kjfi ' Ндр • Kit < for ~ коэффициенты интенсивности напряжений при отрыве и сдвиге соответственно для трещины, находящейся п оболочке котла цистерны перпендикулярно ее поверхности и подверженной действию нормальной и касательной нагрузок на птой поверхности.

4. При проведении расчетов под размером £ /длиной тещины/ подразумевается эффективная глуоина трещины, райнап проекции истинной ее глубины «а нормаль к поверхности детали.

5. Скорость роста трещины V" Cff/dtf оМ|>одштетсл по Формуле

Г*С[к*тек«-яГ-/<иГ, . /19/

где R* ^^mUt/^tmtx коаМ)Ицивнт ассиметрии цикла. G. Расположение трещины предполагается в конце контактной площадки.

Число циклов нагружения цистерны /1£ , при котором тещина достигает критической длины, то есть становится сквозной, опре-

- 19 -

деляется на основе следуюи^его выражения

где - число циклов, необходимое для образования зпродышчвой микротрещины и оболочке котла цистерны,

• Расчеты показывают, что при Ст « - '¿9,'Л МПа /максимальное напряление в зоне контакта с брусьями опоры для котла принятой цистерны/ на контактных площадках оболочки котла скорость распространения фреттинг-усталоотной тещины состнвит (>,!><( • 1С)"'' м/с. При данной скорости распространения сквози/т трещина образуется через 1,02 ' 10® циклов, (¡читая, что образованно чрощинм

о

происходит через три года поело начала зкеплуатации цистерны, общее число циклов до сквозного растрескивания котла будет рявпо 1,92 ' Ю8.

Таким образом, вероятное время от начала зкеплуппции чети|)Ох-осной цистерны до образования сквозной тещины п котле в зонах его опирания на деревянные брусья от фреттинг-усталости при заданных условиях нагрукения и размерных пари*зтрлх конструкции, составит 14,5 лет.

В четвертой главе рассмотрены факторы, влияющие на Фреттипг-устшшсть, Эти факторы мояно разделить на три группы.

К первой группе относятся механические фактор /число цик.чон, нормальная нагрузка, амплитуда проскальзывания и частота/, ко пторой - физические фактора /температура, относительная тпзрдосгь поверхностей/, к третьей - окружающая среда, которая влияет па развитие химических процессов /фреттинг-коррозия/, /состлп атмосферы ц влажность, а тгнгаэ зидкие смазки/.

В диссертации рассматривалось влияние факторов, относящихся л первой группа, на долговечность оболочки котла цистерны.

- го -

Изменение нормальной нагрузки осуществлялось нутом иамоно-ния геометрических размеров деревянных бру!:ьеп, на которые опирается котел цистерны, в частности, варьированием длины и угля обхвата опорой оболочки котла. Расчеты показывают, что при .увеличении площади контакта между котлом цистерны и опорными устройствами долговечность котла на фроттинг-усталооть возрастает /рис. Г) и С/.

При увеличении коэффициента тропил между контактирующими поверхностями увеличиваются тангенциальные напряжения, и снижается долговечность оболочки котла /рис. 7/.

Влияние частоты на ф{>еттинг-уотялооти.ую прочность приведено на рис. 8. Оболочка котла, эксплуатируемая при низкой частоте» Оолее долговечна. Однако это справедливо лить в тех случаях, когда долговечность конструкции определяется боз учета коррозионного фактора, возникающего при фроттинго. Если при эксплуатации играет роль коррозионный фактор, то долговечность /количество циклов нагружония/ тем моньшо, чеа ниже частота. Поскольку коррозия, крторая включает и окисление, является химическим процессом, она зависит от времени. Следовательно, чом нижи частота, тем дольше длится каждый цикл и тем больше время" действия химических факторов. *

Наряду с вышеописанными факторами существует и целый ряд других причин, влияющих на 'фреттинг-усгалостную прочность конструкций. К их числу относятся атмосфера, в которой происходит фреттинп, твердость контактирующих поверхностей, сочетание взаимодействующих материалов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

I. Построены расчетные зависимости, позволяющие оценить рас-

Графики роста усталостной трещины при циклическом нлгружении

- '¿Z -

Графики роста усталостной трещины при циклическом нлгр.ужснии

прздзлэняй усилий по опорнны брусьям четырехосной цистерны, вы-снваеуых сошэстныи дзйствизы яассн котла цистерны и массы груза.

2. Установлено, что изменение высота брусьев не влияет на иере-ргспрэделеииэ опорного давления пойду ними.

3. Увеличение висота одного из брусьев по сравнению с другими на 2 иы и более, приводит к тому, что нагрузка не^дается только через этот брус, если он в центре он;)рн / <р <* О/, или котел "зависает" на дэух брусьях - имевщам завышенную гысот.у и ироти-зоположным ему.

4. Для оценки фрэттинг-усталости целесообразно предполагать, . что : котал цистерны опирается на крайние брусья.

5. С поморю метода конечного элемента в форме метода сил определены напряжения от динамического нагруяшния в оболочке котла цистерны в мостах, подверженных влиянию фрзттинга.

6. Выбрана методика расчета фрзттпнг-усталостноН прочности при определенных предположениях н допузэп.мх.

7. Подобран!» пгоОзсздш'по п&ра.'О'гра стали, из которой изготов-;:0 ¡1 ко тол чзт;;г зхоснои цистзрни, для оценки ого долговечности при (>.рзтт1!нг-;/сталоат;1.

О, Тоэрэтичэсш! оцзнгно пл!1ял!!9 ряда факторов на скорость роста усталостной трэзцша при фраттянго, и, следовательно, на обцуа долговечность чзтырэхосноЛ цйстзрки.

9. Выполнена оцзнка фрзттипг-усталоети оболочки котла в цветах его .огшрйння на 2раПн;:э брусья пру определенных резинах иагругеция. Установлено, чзд при отсутствии з оболочке котла циогзрш! изначально различных дефзптоа, ориентировочно еэ дол-гоЕ2таоо?ь будет равна 1,92 * Ю3 циклов, что соответствует И,Б_годч!1 эксплуатации. Яра этем предполагается, что зароздз-

Нив усталостной трещины происходит через т^зи года после начала эксплуатации цистерны, и коррозионный фактор не влияет на развитие и распространение трещины, то есть отсутствует.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих7 работах!

I. Чернова Т.Г. 00 опорных нагрузках на котлы цистерн.-Моск. ин-т инж. ж.-д. трансп.-М., 1993,- Г) е.- Дел. в ВИНИТИ, 28.06.УЗ, Г 1778 - ВУЗ.

2. Чернова Т.Г. Оценка фреттинг-устолости зоны опор котлов цистерн, имеющих раму,- Моск. ин-т инж. ж.-д. трансп.-.М., 1993.9 о.- Двп. в ВИНИТИ, 28.06.93, № 1779 - ВУЗ.

Мер нова Татьяна Геннадиевна Опенка фреттинг-усталогтных повреждений опорных эпн Сплочен котлов пистерн. .

Специальность: 05.22.07- Подвижной гогтив железных дорог и тяга поездов .

Сдано в набор 0/,СС.$У- Подписано к печати О'.06*0У. Формат бумаги^уя^ О'Ълм-^.Г Заказ ¿/¿'/. Тираж 100 ">кэ.

Типография МШГГа, Москва, ул. Образцова, 15