автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Оценка текущей поврежденности и прогнозирование усталостной долговечности несущих металлоконструкций транспортных машин

^ На правах рукописи

Со ^ с\,

ФИЛИППОВ ВИТАЛИЙ ЮРЬЕВИЧ

оценка текущей поврежденности и прогнозирование усталостной долговечности несущих металлоконструкций транспортных машин

05.22.10 - эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ОРШВУРГ- 1997

Работа выполнена в

Оренбургском государственном университете.

Научные руководители:

- действительный член Академии транспорта РФ. доктор технических наук, профессор Бондаренко Виктор Анатольевич:

- доктор технических наук, профессор Шурин Константин Владимирович.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Миркитанов Владимир Ильич;

- кандидат технических наук, доцент Ромашов Роберт Васильевич

Ведущая организация -Научно-технический центр по тракторным прицепам (г.Орск).

Защита состоится 1997 Г. В часов на

заседании диссертационного совета К 064.64.01 в Оренбургском государственном университете по адресу: 460352 г. Оренбург, пр. Победы. 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Оренбургского государственного университета, в

Автореферат разослан 1997 г.

УченыЯ секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент />Л/ г ' 0. Р.Владов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Одним из наиболее значимых свойств, характеризующих качество машин транспортного назначения, является надежность. Эксплуатационная надежность подвижного состава во многом определяется несущими | системами, ограничивающими долговечность транспортного средства в целом. В соответствии с доминирующим в настоящее время принципом обеспечения ограниченного ресурса, проектируемая долговечность несущей системы должна определяться заданным. экономически целесообразным значением с установленной вероятностью неразрушения. В этой связи, существенно повышаются требования к точности оценки долговечности проектируемых несущих систем на этапе создания конструкции. Несоблюдение указанных требований приводит либо к необоснованному завышению металлоемкости конструкции. либо к раннему возникновению отказов.

Оперативность и достоверность прогнозов ресурса несущих систем возможны при использовании научно обоснованных методов оценки усталостной долговечности. Оперативность прогноза долговечности требует оптимизации гипотез накопления усталостных повреждений и их упрощения, поиска новых зависимостей, описывающих разрушающий процесс применительно к исследуемому объекту, и конкретизации значений параметров существующих моделей. Повышение точности оценки ресурса, прежде всего, связано с учетом в гипотетических зависимостях особенностей реальных повреждающих процессов. Поскольку указанная проблема решена не полностью, тема диссертации актуальна и представляет научный и практический интерес.

Разработка более совершенных методов и средств оценки долговечности соответствует программам Академии наук. Академии сельскохозяйственных наук. Академии инженерных наук и Академии транспорта РФ. принятым в 1991-93 г.г.. а также плану НИР Оренбургского государственного университета (ОГУ) по теме N 01890006482. выполненному в период 1989... 1996 г. г.

• • ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Цель исследования состоит в повышении эффективности НИОКР по созданию рамных несущих систем транспортных средств с высокой надежностью и пониженной металлоемкостью путем повышения оперативности и достоверности прогнозов долговечности проектируемых конструкций. Задачами работы, обусловленными ее целью и анализом состояния вопроса, являются:

- анализ типового эксплуатационного нагружения узловых соеди-

нения рам;

- исследование кинетики характеристик сопротивления усталост» зон. лимитирующих усталостную долговечность;

- теоретическое обоснование коэффициента нижней границы повреждающих напряжений и модификация линейной гипотезы накоплена усталостных повреждений, создание на их основе методики оперативного прогнозирования усталостной долговечности несущих систек транспортних средств;

- создание программно-аппаратного комплекса для ЭВМ. автоматизирующего расчеты на всех этапах исследований.

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ - рамные несущие системы большегрузных тракторных прицепов семейства ОЗТП (Орского завода тракторных прицепов).

МЕТОДИЧЕСКИМИ ОСНОВАМИ исследования являются: теория надежности машин, численные методы, аппарат теории случайных Функций, механика разрушения, кинетическая теория механической усталости.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

- получена зависимость снижения предела выносливости узловых соединений рам в условиях стендового нагружения. имитирующего эксплуатационное:

- разработана методика расчетного обоснования коэффициента нижней границы усталостных повреждений;

- разработана методика оперативного прогнозирования долговечности сварных узлов несущих систем, основанная на совместном применении линейного принципа суммирования усталостных повреждений и учете кинетики предела выносливости по мере выработки ресурса.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработанные методики, аппаратные и программные средства прогнозирования долговечности и диагностики усталостного повреждения позволяют:

-определять амплитудные, частотные и компонентные характеристики эксплуатационной нагруженности 'элементов несущих систем с точностью, достаточной для формирования стендовых режимов нагружения, адекватных эксплуатационным;

-с требуемой точностью определять характеристики сопротивления усталости и снижение предела выносливости несущих систем по результатам стендовых испытаний локальных и масштабных моделей:

-обеспечить требуемую долговечность несущих систем на стадии

опытно-конструкторских работ;

-автоматизировать расчеты на всех этапах прогнозирования долговечности.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Разработанная методика и программно-аппаратный комплекс, а также результаты проведенных исследований используются в НТЦ по тракторным прицепам (г. Орск) и в КИБ стендовых испытаний Нефтекамского автомобильного завода при доводке несущих систем прицепов, автомобилей-самосвалов и цистерн.

Подтвержденный суммарный годовой экономический эффект от внедрения результатов работы составляет 1.6 млн. рублей по курсу рубля на январь 1991 г. Лоля автора - 645 тыс. рублей.

Отдельные результаты работы используются в учебном процессе кафедр "Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей" и "Автомобили" ОГУ.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты . исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на: Всесоюзной научно-технической конференции "Методы ускоренных стендовых испытаний агрегатов тракторов и сельскохозяйственных машин на надежность" (Челябинск. 1991 г.); Международной научно-технической конференции "Концепция развития и высокие технологии индустрии ремонта транспортных средств" (Оренбург. 1993г.); I областной конференции молодых ученых и специалистов Оренбуржья (Оренбург. 1993 г.); региональной конференции молодых ученых и специалистов Урала и Поволжья (Оренбург. 1994 г.); II Российской научно-технической конференции "Концепция развития и высокие технологии производства и ремонта транспортных средств" (Оренбург. 1995 г.); III Международной научно-технической конференции "Концепция развития и высокие технологии производства и ремонта транспортных средств в условиях постиндустриальной экономики" (Оренбург. 1997г.); семинарах и конференциях Оренбургского политехнического института (с 1Э96 г. - Оренбургский государственный университет) (1989...1997 г.г.).

Работа "Прогнозирование усталостной долговечности несущих систем транспортных средств", выполненная при непосредственном участии автора, удостоена диплома I степени на областном конкурсе работ молодых -ученых и специалистов в 1993 г.

Диссертация обсуждена и рекомендована к защите на объединенном семинаре кафедр "Автомобили" и "Техническая эксплуатация и ре-

монт автомобилей" ОГУ.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 20 работ. Г:

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА. Диссертация общим объемом 184 страницы;;, состоит'из введения. 4 глав, выводов, списка литературы из 106 на-: именований и 2 приложений: содержит 111 страниц машинописного;!;;, текста. 31 рисунок. 16 таблиц. 35 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ j'j;

ВО ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность работы, сформулированы | научная проблема, цель исследования и основные положения, выноси- ; мые на защиту.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ произведен анализ надежности несущих и ходовых,.]: систем транспортных машин, приведен обзор публикаций по теме дис.-;; сертации. определены перспективные направления исследований, выде- | лены методологические основы прогнозирования усталостной долговеч-^;-ности рамных металлоконструкций, включающие:

- анализ эксплуатационной нагруженности зон. ограничивающих ^ долговечность всей конструкции: •.;!;

- оценку характеристик сопротивления усталости (ХСУ) и их из-I менения по мере накопления усталостного повреждения: '

- расчетный прогноз усталостной долговечности на основе принятой модели накопления усталостных повреждений. J--

Существенный вклад в решение проблемы обеспечения требуемой : усталостной долговечности элементов металлоконструкций транспорт-'/; ных машин внесли: Г.Г.Баловнев. В. В.Болотин. В.Е.Боровских, '¡i Н.аГ. Бочаров. Дж.Броун. В. Вейбулл. Д.Генри. А.С.Гусев. Р.Гэтс. i И. В. Ле.чьянушко. С.С.Дмитриченко. Р.Дэвис. Н.Я.Емельянов. В.П.Кога-<&ь. Р. В. Кугель. В. С. Лукинский. М.Майнер. В. И. Миркитанов. D. В. Пер- ] чаткин. Е. К. Почтенный. А. А. Ракицкий. В. А. Светлицкий. С. В. Серенсен. ; К. Уорк. В.В.Федоров. К. В.Щурин. Н.Н.Яценко и другие. 1'

Анализ состояния проблемы позволил сделать следующие выводы: {

1. Данные по эксплуатационной надежности и металлоемкости не- 5' сущих систем транспортных средств свидетельствуют о том. что требование обеспечения назначенного ресурса с установленной вероят- ; ностью ^-разрушения не выполняется.

2. В настоящее время отсутствует логически и физически обоснованный метод оценки усталостной долговечности несущих систем транспортных средств, удовлетворяющий требованиям точности и оперативности прогнозов.

3. Основной задачей в области прогнозирования усталостной долговечности несущих металлоконструкций транспортных средств является разработка методов и средств предсказания долговечности на этапе создания конструкции и ее доводки.

4. Расчет усталостной долговечности является комплексной за-" дачей, в связи с чем погрешность прогнозов уменьшается в геометри- -ческой прогрессии при повышении точности на каждом этапе ее-реше- -ния.

5. В области исследования нагруженности узлов несущих систем углубленного изучения требует динамическая нагруженность с оптимизацией метода схематизации и подбором закона, распределения напряжений. адекватного эксплуатационному.

6. В области исследования характеристик сопротивления усталости необходимо определить зависимость снижения предела выносливости натурных узловых соединений рам по мере выработки ресурса.

7. В области расчета долговечности необходимо разработать принципы суммирования повреждений, адекватно отражающие реальный процесс усталостного разрушения. В этом направлении представляется перспективной методика, синтезирующая линейную гипотезу и кинетическую теорию усталости. Требует теоретического обоснования и экспериментальной проверки численных значений коэффициент нижней границы1 усталостных повреждений.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ проведен комплексный анализ нагруженности узловых соединений рамы полуприцепа ОЗТП-9554. описана методика и приведены результаты тензометрических исследований эксплуатационной нагруженности узлов соединения лонжерона с поперечинами N2 и N3 рамы полуприцепа ОЗТП-9554.

Исследования проводились на участках грунтовых дорог с засохшими колеями, имеющих характеристики: грунтовая дорога в удовлетворительном состоянии (УГЛ) - L - 800 м. Н - 32.48 см. SH - 12.8 см; разбитая грунтовая дорога (РГД) - L - 800 м. Н - 55.03 см, SH - 20.3 см. где L - длина участка регистрации нагруженности. Н и SH

- среднее значение и среднее квадратическое отклонение высот неровностей. При нивелировании участков условная ' горизонтальная плоскость проводилась через дно самой глубокой впадины.

Скорости движения - 25 км/ч к 20 км/ч для РГД и УГЛ соответственно. Загрузка полуприцепа номинальная - 10 т. Применялась полумостовая схема соединения с одним активным и одним компенсационным датчиками КФ 5П1-3-100Б. Для регистрации и обработки результатов испытаний использовался комплекс, составленный из коммутатора на герметизированных магнитоуправляемых контактах, усилителя ТА-5. осциллографа К12-22, преобразователя графиков Ф018. аналого-цифрового преобразователя, накопителя на магнитной ленте и ПЭВМ. Погрешность обработки входного сигнала при использовании модифицированного программно-аппаратного комплекса не более 5%.

На основе разработанных алгоритмов и программ для ЭВМ были проведены статистическая обработка и анализ амплитудного, частотного и компонентного состава зарегистрированных напряжений.

В результате анализа установлено: ' 1. Наиболее нагруженным участком является поперечина узла N2. где 'зарегистрированы максимальные напряжения 107 МПа при движении по УГД и 146 МПа при движении по РГД. Распределение динамических напряжений описывается законом распределения Вейбулла с параметрами масштаба, формы и сдвига, приведенными в таблице 1. Аппроксимация динамических напряжений в лонжероне и поперечинах законом распределения Вейбулла позволяет повысить степень согласованности с экспериментальными данными, оцениваемую критерием Хг-Пирсона в 1.2-1.9 раза. и. следовательно, точность описания нагрузочного режима в сравнении с нормальным законом распределения и законом распределения Релея. ;

2. Основная доля в структуре максимальных суммарных напряжений. действующих в лонжероне рамы, приходится на напряжения от изгиба в вертикальной плоскости (80.1%) и кручения (40.42). В структуре максимальных суммарных напряжений, действующих в поперечинах рамы, на напряжения от изгиба в вертикальной плоскости и кручения приходится соответственно 65.1 и 38.9*,на грунтовой дороге в удовлетворительном состоянии и 56,8 и 56.4? - на разбитой грунтовой дороге. Напряжения растяжения-сжатия не превышают 143? в структуре суммарных максимальных напряжений, действующих в лонжероне, и 4,35?

- в поперечине.

• 3. Разработанный программно-аппаратный комплекс позволяет-" оперативно оценить параметры эксплуатационного режима" нагружения по реализации случайного процесса изменения напряжений, полученного тензометрированием. Ввеление в аппаратную часть аналого-цифрового преобразователя и накопителя на магнитной ленте позволяет снизить погрешность оценки нагруженности до 555.

По результатам оценки динамической нагруженности сформирован десятиступенчатый блок. ' являющийся основой для прогнозирующего" расчета долговечности. Параметры нагрузочного блока приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты оценки динамической нагруженности рамы полуприцепа 03ТП-9554

Параметры закона распределения Вейбулла

Движение по УГД Движение по РГД

Режим А Режим Б

Пара- Пара- Пара- Пара- Пара- Пара-

1 01 метр метр метр метр метр метр

П| масшт. формы сдвига масшт. формы сдвига

а. ь. с. а. ь. с.

МПа МПа

19,98 1,44 18,37 35.81 1.75 16.45

Напряжения на 1-ой ступени 61. МПа

1 0,0001 1 115 152

2 0,0002 2 109 144

3 0.0007 7 100 133

4 0.002 20 92 123

5 0,007 70 82 110

6 0.02 200 73 97

7 0,07 700 59 80

8 0.2 2000 45 62

9 0.3 3000 38 52

10 0.4 4000 24 29

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ описаны оборудование, методика и результаты стендовых испытания узловых соединений рам. методика уточненной оценки ^характеристик сопротивления усталости, предложена зависимость .-снижения предела выносливости по мере накопления повреждений. приведен анализ применимости предлагаемой зависимости в условиях стационарного и нестационарного периодического нагружения.

В качестве объектов испытаний при оценке характеристик сопротивления усталости приняты локальные модели, . представляющие собой часть рамы, содержащую два участка лонжеронов и поперечину с двумя узлами (рис. 1).

Модель 1 закреплена четырьмя болтами 2 к подвижному 3 и неподвижному 4 кронштейнам. Оба кронштейна выполнены П - обратными с тем. чтобы лонжероны имели возможность вертикального и горизонтального изгибов в пролетах между точками закрепления. При этом вращающий момент на подвижном кронштейне создает вертикальный изгиб лонжеронов, а горизонтальный изгиб возникает от депланации концевых сечений поперечины. Уровень нагружения контролируется с помощью тензодатчиков 1-У1. Таким образом реализуется сложное наг-ружение образца при использовании одного привода без разделения потока мощности.

Схема нагружения локальной модели

4 III II I /V

№

\ '' 11 >] ' /1

Рис. 1.

Уточненная оценка предела выносливости рам полуприцепа ОЗТП-9554 проведена по среднелогарифмическому значение долговечности шести образцов локальных моделей (таблица 2) методом гра-фо-аналнтического решения трехпараметрического уравнения, предложенного Е. К. Почтенным:

,._£.. 1п {,,, вхр [ 1_£! ].,,-•}.

где бк - предел выносливости; N - число циклов приложения нагрузки до разрушения; б - максимальное напряжение цикла; О - коэффициент выносливости: у0 - параметр, характеризующий наклон кривой усталости в полулогарифмической системе координат.

При этом параметры V, и О определялись по результатам испытаний 14 локальных моделей прототипа - ММЗ-771Б без косынок в узловых соединениях - по методу наименьших квадратов разности (бщ -бв)г, где бк1 - частное значение предела выносливости 1-той модели. бц, - среднее значение пределов выносливости испытанной выборки, полученное путем иттераций ряда значений 0. Переход от параметров 0 и V, к стандартным ХСУ - числу циклов до точки перелома кривой N0 и параметру ш. характеризующему угол наклона левой ветви кривой, построенной в двойных логарифмических координатах, осуществлялся по зависимостям:

Ис - 0 / бц и у0» Г(б», ш).

| Таблица 2.

Результаты стендовых испытаний локальных моделей узлов ОЗТП-9554

N п/п б. МПа 18 б N. циклов 18 N

1 130 2. 114 116 200 5.065

2 130 2. 114 137 400 5.138

3 130 2.114 204 700 5.311

4 130 2. 114 220 400 5.343

5 130 2. 114 382 800 . • 5.583 .

6 130 2. 114 418 800 5.622

Было получено следующее уравнение линии регрессии левой ветви кривой усталости:

г v lg б - 3.796 - 0.321' lg N. ...

ХСУ при вероятности неразрушения 0.5:

б„ - 69.2 МЛа; Nc - 1,240- 106 циклов; ш - 3,12.

С использованием методов математической статистики определены точность оценки и 90 ЗЕ-ные доверительные интервалы значения и среднего квадратического отклонения предела выносливости.

Получение зависимости изменения предела выносливости натурных конструкций прямыми экспериментальными методами не представляется возможным ввиду большого объема испытаний. Поэтому перспективным, по мнению автора, является получение зависимости снижения предела выносливости косвенными методами.

I

Физическое обоснование формы кривой!изменения предела выносливости базируется на аналогичном характере изменения повреждающей энергии разрушения. Полагая, что уровень повреждающей энергии • в первом приближении является косвенной характеристикой накопленного усталостного повреждения и коррелирован ,с пределом выносливости, можно оценить характер изменения последнего при различных степенях перегрузки по результатам замеров мощности, подводимой к образцу.

На рис. 2 приведены диаграммы изменения мощности приводного электродвигателя испытательного стенда в зависимости от числа циклов нагружения локальной модели полуприцепа ММЗ - 771Б. Диаграммы построены по результатам испытаний трех групп локальных моделей в условиях стационарного периодического нагружения при уровнях начальных напряжений: а) 100 МПа: б) 130 МПа; в) 150 МПа (датчик V. рис. 1).

Анализ диаграмм позволил предположить:

1. Темп снижения предела выносливости локальных моделей рам при стационарном нагружении прямо пропорционален уровню напряжений.

2. На начальных стадиях инициализации усталостных повреждений на микроуровне, соответствующих доле выработанного ресурса 0.0..0.7. снижение предела выносливости испытуемого объекта незначительно.

3. Наибольшая интенсивность снижения предела выносливости об-

- И -

разцов характерна для последней стадии процесса усталости.

Изменение мощности приводного электродвигателя стенда. Р, кВт

10 I»' I«' Ю4 I»5

Рис. 2.

Для математической интерпретации снижения предела выносливости с учетом вышесказанных предположений предложена зависимость:

I

(

бщ = <р -б* ■ 1--— I

V N | /

( П, б \

где ф - ехр — —

I Н, б, )

(1)

Здесь б п.бв - предел выносливости поврежденного и исходного материала; т - коэффициент наклона левой ветви кривой усталости в двойной логарифмической системе координат; П|/Н| - доля выработанного ресурса при напряжении б по исходной кривой усталости; «р -коэффициент накопления усталостного повреждения.

Полученная зависимость позволяет учесть снижение предела выносливости' в расчетах усталостной долговечности несущих систем.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ диссертации произведен расчет циклической долговечности и ресурса с применением основных гипотез накопления усталостных повреждений, оценена точность полученных прогнозов и предложена методика расчета усталостной долговечности, удовлетворяющая требованиям точности.

Расчет циклической долговечности производился с использованием трех основных принципов суммирования усталостных повреждений: линейного, корректированного линейного и методов, основанных на кинетической теории усталости. При расчетах долговечности по' линейной и корректированной линейной гипотезам использованы известные уравнения Баскуина и В.П.Когаева. При расчетах согласно кинетической теории для описания снижения предела выносливости использованы известные критерии Д.Генри. С. В.Серенсена. Е.К.Почтенного. М.Д.Шашина, а также предложенная зависимость (1). названная здесь и далее <р-критерием.

Пересчет циклической долговечности в километры пробега для каждого режима эксплуатации вычисляется по формуле:

Мг.

1.

(2)

Для определения числа циклов нагружения. соответствующего 1 км пробега 11. входящего в формулу (2). предложена зависимость:

103 V

/Г-ФСГ)-йГ о

(3)

/ф(П-аг 61 >кбц

о

где спектральная плотность случайного процесса нагружения:

V - скорость движения по участку дороги;

У р! - сумма относительных продолжительностей повреждающих ступеней блока нагружения. соответствующего заданному режиму эксплуатации.

В выражении (3) отношение интегралов является математическим ожиданием частоты приложения нагрузки и, учитывая характер спектральных плотностей случайных процессов, в первом приближении данное отношение численно равно частоте, соответствующей максимуму

1

спектральной плотности. Таким образом выражение (3) примет вид:

-103 т-^

li - — ' Гп • > Pi. Ц>

. , V ^—■

6i>K6R

где Г„ - частота, соответствующая максимуму спектральной плотности процесса динамической нагруженности исследуемой зоны несущей системы для п - ного режима эксплуатации.

Для рассматриваемых режимов эксплуатации получены следующие значения: 1А » 195 циклов/км. 1в ■ 69 циклов/км. *

Долговечность с учетом всех режимов эксплуатации и их относительной продолжительности а, определяется по Формуле :

1 ' / д i L, ■ '

где ш - общее количество режимов эксплуатации.

Результаты прогнозирующего расчета ресурса' рамы полуприцепа ОЗТП-9554 приведены в таблице 3.

Определение оптимального метода прогнозирующего расчета долговечности несущих систем базируется на информации об их эксплуа-тацинной долговечности. Эта информация получена в результате подконтрольной эксплуатации 27 полуприцепов ОЗТП-9554 в хозяйствах Оренбургской области. Назначенная максимальная наработка составляла 7000 ч с интервалом дискретизации наблюдений 1000 ч. Кроме того. на полигонах КубНИИТиН и Одесского филиала НАТИ проведены испытания ' 3 полуприцепов ОЗТП-9554. В результате получено среднее значение долговечности: L, - 111191км.

Сравнительный анализ полученных результатов позволяет заключить, что минимальную погрешность - 6.04? ...25. 673Е обеспечивают методы, основанные на кинетической теории усталости. Наибольшая точность достигается при использовании предлагаемого ^-критерия.

На основе полученного расчетно-экспериментального материала модифицирован метод расчета долговечности, основанный на линейной гипотезе. Суть модификации заключается в замене реальной кривой усталости, полученной по результатам испытаний при регулярном наг-ружении, некоторой расчетной, учитывающей изменение факторов сопротивления усталости по мере выработки ресурса (рис.3).

Результаты расчета долговечности

Таблица 3.

N п/п Метод расчета Режим эксплуатации Расчетная долговечность N21. цикл Длфферен циальный ресурс. Li. км Прогноз ресурса км Относительная погрешность. %

1. Линейная гипотеза А 5 443 450 27 915 173 704 56.2

В 26 991 177 391 176

2. Корректированная линейная гипотеза (ар- 0.2) А 1 088 690 5 583 34 740 -68.75

В 5 398 235 78 235

3. Критерий Д.Генри А 2 833 ООО 14 528 91 963 -17.29

В 18 851 ООО 273 202

4. Критерий С. В. Серенсена А 2 883 ООО 14 528 91 963 -17.29

В 18 851 ООО 273 202

5. Критерий Е. К. Почтенного А 2 581 ООО 13 236 82 644 -25.67

В 13 490 300 195 511

6. Критерий М.Я. Шашина А 3 753 ООО 19 246 94 772 -14.76

В 3 753 ООО 54 391

7. (р-критерий А 3 713 ООО 19 041 117 912 6.04

В 17 160 ООО 248 695

знак " - " указывает на погрешность в запас долговечности. Расчетные величины бцр и NCp определяются по формулам:

» бйр К • бв и lg NCp - lg Nc ♦ m lg[ ]. (5)

г;де К,- коэффициент коррекции значения предела вйносливости.

Для теоретического обоснования значения коэффициента К воспользуемся некоторой обобщенной кривой снижения предела выносливости (рис. 4).

Очевидно, что отношение минимальных неразрушащих напряжений к разрушающим определится отношением площадей или отношением средневзвешенного значения предела выносливости к его начальному значению.

К определение расчетной кривой усталости

Рис. 3

К определению нижней границы повреждающих напряжений

Рис. 4

Таким образом:

п

К =

I

/б«1 ,

о V N.

_П1 N.

I

Г,* Гг б„

Вычисление величины К по критериям Л.Генри. С.В. Серенсена и Е.К.Почтенного, последующий расчет долговечности по Формуле Баску-ина с учетом уравнения (5) и сравнение с экспериментальными данны-. ми показало, что для исследуемого объекта величина К = 0.7. При этом погрешность расчетной оценки долговечности не превышает 6.635 и направлена в запас долговечности.

Результаты проведенных исследований используются в НТЦ по тракторным прицепам (г. Орск) и п КИБ стендовых испытаний Нефтекамском автомобильного завода. В практику доводки конструкций несущих и ходовых систем прицепов и автомобилей-самосвалов внедрены: метод комплексной оценки нагруженности несущих систем, методика оценки характеристик сопротивления усталости несущих систем с учетом снижения предела выносливости, методика расчета усталостной долговечности, синтезирующая линейную гипотезу и кинетическую теорию усталости, методика оценки нижней границы повреждающих напряжений. алгоритмы и программы для реализации расчетных частей перечисленных методов, а также методика оперативного прогнозирования ресурса несущих систем транспортных средств. Положительным эффектом внедрения разработок являются: сокращение сроков НИОКР за счет повышения производительности труда конструкторско-эксперименталь-ных подразделений, сокращение продолжительности и снижение трудоемкости. материалоемкости и энергоемкости доводки конструктивных вариантов. Доля автора в подтвержденном годовом экономическом эффект? ">т внедрения составляет 645 тыс. рублей по курсу рубля на январь 1991 г.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

а

1. В диссертации разработана расчетно-экспериментальная методика решения важной прикладной задачи - повышения точности прогнозирующих оценок долговечности рамных конструкций несущих систем транспортных средств учетом изм'.-н^ния характеристик сопротивления

усталости по мере выработки ресурса.

2. Разработана методика уточненной оценки нагруженности, апп- -роксимирувдая амплитудный спектр динамических напряжений трехпара-метрическим законом распределения Вейбулла, что позволяет повысить степень согласованности теоретической закономерности и экспериментальных данных в 1.2 - 1.9 раза и. как следствие, точность исходных данных для расчета долговечности.

3. Разработана методика оценки снижения предела выносливости несущих систем транспортных средств по косвенной характеристике сопротивления усталости - изменению мощности приводного электродвигателя стенда. На основе анализа косвенной характеристики степени попрежденности локальных моделей в условиях стендовых испытаний получен критерий снижения предела выносливости. Погрешность расчета долговечности по линейной гипотезе с учетом снижения предела выносливости, оцениваемого <р-критерием, .составляет 6% - 8,4%, причем средняя относительная погрешность направлена в запас долговечности.

4. Теоретически обосновано повреждающее воздействие микропрофиля дорог, при этом к числу повреждающих в режиме движения прицепа по разбитой грунтовой дороге отнесено 195. а по удовлетворительной грунтовой дороге 69 циклов, приходящихся соответственно на километр пробега.

5. Совместный анализ методов, основанных на применении линейной гипотезы и кинетической теории усталости, позволил предложить модифицированный вариант линейной гипотезы, при котором используются условное значение предела выносливости, определяемое коэффи- . циентом нижней границы повреждающих напряжений К. Теоретически обосновано значение К. лежащее в интервале 0.6..0,75. Наибольшая точность расчетных оценок долговечности (6,6 %) достигается при значении К = 0.7.

6. Разработан пакет прикладных алгоритмов и программ для ЭВМ. автоматизирующих регистрацию и обработку данных и составляющих единый программно-аппаратный комплекс.

7. Результаты работы внедрены на Орском заводе тракторных прицепов и Нефтекамском автомобильном заводе и используются в процессе выполнения НИОКР по доводке несущих систем тракторных прицепов и автомобилей-самосвалов.

Основные положения и результаты диссертации отражены в печатных работах:

.. - 1. Расчет долговечности сварных рам транспортных средств с г -".г" учетом снижения предела выносливости Деп.в НИИстандартавтосельхоз-- ;маш.,23.01.91. N 2079-ап91. -29 С. /К.В.Щурин/.

- 2. Программно-методическое обеспечение стендовых испытаний несущих систем сельскохозяйственных машин на усталость // Методы ускоренных стендовых испытаний агрегатов тракторов и сельскохо-. зяйственных машин на надежность. Тез. докл. Всесоюзн. науч.-техн. ■•-••конф.- Челябинск, 1991.- С. 57-58. /В.И.Рассоха. К.В.Щурин/.

3. К расчету усталостной долговечности рам транспортных средств // Там же,- С. 59-60. /В.И.Рассоха. К.В.Щурин/.

4. Суммирование усталостных повреждений с учетом снижения предела выносливости. Тез. докл.XIV н.-т. конф. "Состояние и перспективы развития Уральского региона". Оренбург. 1992. С. 62-63.

5. Измерение жесткости рамы транспортного средства. 'Там же. С. 90.

6. Оценка параметров локальной модели и силонагружателя при стендовых испытаниях рам транспортных средств на усталость. // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 1992,- N 1-3,- С. 79-84. /К.В.Щурин. В.И.Рассоха/.

7. о повреждающем воздействии микропрофиля дорог // Концепция развития и высокие технологии индустрии ремонта транспортных средств. Тез. докл. Международной научн.-техн. конф,- Оренбург.-1993,- С. 136-137. /В.И.Рассоха. К.В.Щурин/.

8. К вопросу корректировки линейного принципа суммирования усталостных повреждений // Там же.- С. 137-139. /В.И.Рассоха. К.В.Щурин/.

9. О параметрах объекта испытаний и силонагружателя при ускоренных испытаниях несущих систем // Там же,- С. 139-141. /В.И.Рассоха. К.В.Щурин/.

10. Локальное моделирование в испытаниях узлов несущих металлоконструкций транспортных средств // Тез. науч. докл. I областной конф. молодых ученых и специалистов.- Оренбург. 1993,- С. 13-14. /В.И. Рассоха. К.В.Щурин/.

11. Линейный принцип суммирования усталостных повреждений с учетом изменения характеристик сопротивления усталости // Там же. -

С. 15-16. /В. И. Рассоха. К. В.Щурин/.

12. Проведение стендовых испытаний узлов несущих металлоконструкций транспортных средств: Информ. листок. N 308-93.- Оренбург: ЦНТИ. 1993.- 3 С. /В.И.Рассоха. К.В.Щурин/.

13. Расчетно-экспериментальная оценка усталостной долговечности несущих систем транспортных средств: Оперативно-информационные материалы, - Оренбург: ЦНТИ. 1994.- 25 С. /К.В.Щурин. В.И. Рассоха/.

14. К вопросу- расчета ресурса несущих систем транспортных средств. Тез.докл. II конф."Концепция развития и высокие технологии производства и ремонта транспортных средств". - Оренбург. 1995.- С. 128-129

15. Обоснование зависимости снижения предела выносливости от доли выработанного ресурса. Тез.докл. Международной научн.-техн. конФ. "Концепция развития и высокие технологии производства и ремонта транспортных средств в условиях постиндустриальной экономики".- Оренбург.- 1997.- С. 84-85.

16. Управление надежностью транспортных средств в сфере произ-' водства и эксплуатации. // Там же.- С. 85-86.

17. Аппроксимация нагруженности элементов несущих систем законом распределения Вейбулла.// Научно-методические вопросы преподавания. Тез.докл. II науч.-методич. конф. вузов Урала.- Оренбург, 1997.- С. 75.

Соискатель

В. Ю.Филиппов