ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РАСЧЁТНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН. СОЗДАНИЕ ИХ ЕДИНОЙ КЛАССИФИКАЦИИ :

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі дана загальна характеристика роботи, обґрунтовано її актуальність, визначено об'єкт і предмет дослідження, сформульовані мета та завдання дослідження, наукова новизна і практичне значення одержаних результатів, показано зв'язок роботи з державними програмами.

У першому розділі виконано огляд та аналіз сучасного стану досліджень у галузі експериментально-розрахункових методів визначення границі витривалості деталей машин та елементів конструкцій. Їх розвиток відбувався протягом кількох останніх десятиліть і відображений у фундаментальних монографіях В. Т. Трощенка, М. Е. Гарфа, М. М. Степнова, В. Вейбулла, І. В. Кудрявцева, Л. М. Школьника, В. С. Іванової, В. П. Когаєва, Є. К. Почтенного, М. В. Олійника, П. Форреста, С. В. Серенсена, Дж. Коллінза, Н. Джонсона, Р. Б. Хейвуда та інших авторів.

Для вибіркового аналізу були обрані ті методи, які є сучасними розробками в цій галузі та представляють окремі групи методів, що об'єднані загальними класифікаційними ознаками. Крім того, були розглянуті два класичних методи – модифікований метод пробітів й метод ступеневої зміни навантаження «наверх – униз». Вони були проаналізовані з точки зору включення їх в єдину групу експериментально-розрахункових методів разом з методами, заснованими на скороченому експерименті та можливості їх використання для отримання додаткових експериментальних даних при побудові похилої ділянки кривої втоми.

З метою формування класифікаційних ознак при аналітичному огляді методів, заснованих на скороченому експерименті, вони були об'єднані в три групи за ознакою мінімальної кількості об’єктів, необхідних для проведення випробувань.

До першої групи увійшли методи, що базуються на випробуванні одного об'єкта і відрізняються режимами навантаження. Аналіз схем випробувань об’єктів розглянутих методів дав можливість виділити такі режими:

– стаціонарне навантаження з доведенням об'єкта до руйнування;
–  нестаціонарне навантаження без доведення об'єкта до руйнування;
–   нестаціонарне навантаження з доведенням об'єкта до руйнування.

Ці режими охоплюють три з чотирьох можливих варіантів проведення експерименту, виключаючи випадок випробування об'єкта при стаціонарному навантаженні без доведення його до руйнування. Враховуючи те, що переважна більшість існуючих методів вимагає доведення об'єктів до руйнування, розглянуті методи дають повну картину формування режимних класифікаційних ознак цієї групи.

У розрахунковій частині ці методи базуються на використанні теорії накопичення пошкоджень при нестаціонарному режимі навантаження, приладовій реєстрації фізичних і механічних параметрів досліджуваних об'єктів, кореляційних залежностях між параметрами похилої ділянки кривої втоми і границею витривалості, а також на аналізі зон розвитку тріщини і остаточного руйнування.

Характерною особливістю однооб'єктових методів є те, що на точність оцінки границі витривалості не впливає розсіяння дослідних даних. Таким чином, їх точність залежить лише від систематичних похибок, обумовлених в основному  прийнятими припущеннями.

До другої групи увійшли методи, які засновані на випробуваннях двох об'єктів при стаціонарному, нестаціонарному та комбінованому навантаженнях.  Найчастіше у цих методах використовують наступні поєднання режимів:

      перший об'єкт випробовують при зростаючому навантаженні, а другий – при стаціонарному режимі навантаження (в окремому випадку другий об'єкт випробовують при напруженнях, відповідних руйнуванню першого об'єкта);

      перший об'єкт випробовують при безперервно зростаючому навантаженні, а другий – при напруженнях, які безперервно зменшуються.

      обидва об'єкти випробовують при стаціонарному або нестаціонарному режимі навантаження.

В якості представника цієї групи детально розглянуто метод О. М. Пелюхна, який заснований на комбінованому режимі навантаження двох об'єктів. Схема методу передбачає випробування об'єктів при лінійно зростаючому та спадаючому навантаженні. Вона була реалізована вперше і стала поштовхом до розвитку методів даної групи.

До третьої групи увійшли методи, які засновані на випробуваннях як мінімум трьох об’єктів  при стаціонарному та нестаціонарному режимах навантаження та  характеризуються:

– кількістю рівнів початкового навантаження;

– стаціонарністю або нестаціонарністю режиму навантаження;

– доведенням або недоведенням об'єктів до руйнування.

Аналіз цих методів показав, що переважна більшість з них заснована на побудові похилої ділянки кривої втоми і використанні різних її математичних моделей. Класичними представниками цієї групи є методи І. В. Кудрявцева, А. С. Керімзаде, С. І. Яцкевіча, В. С. Іванової тощо. Таким чином, експериментальна частина більшості методів цієї групи однакова, але вони відрізняються способами обробки отриманих результатів випробувань.

Експериментальна перевірка методів цієї групи показала, що їх точність істотно залежить від розсіяння дослідних даних. З цієї причини випадкові погрішності оцінки границі витривалості набагато більші за систематичні.

Незважаючи на різноманіття експериментально-розрахункових методів визначення границі витривалості, які базуються на скороченому експерименті, не існує єдиної класифікації, і це стримує їх розвиток. Є лише їх угрупування за рядом ознак.

За ознакою сутності вихідних передумов їх поділяють на три групи. До першої групи відносять методи, в основу яких покладена приладова реєстрація зміни фізико-механічних параметрів об'єктів при циклічному режимі навантаження (розсіювання енергії, залишкова деформація, зміна електричної провідності, магнітних властивостей матеріалу тощо). До другої групи – методи, які засновані на графічній або аналітичній екстраполяції обмежених границь витривалості в область необмеженої довговічності. До третьої групи увійшли методи, що базуються на випробуваннях при нестаціонарному режимі навантаження, в основу яких закладений певний закон накопичення втомних пошкоджень.

За способом навантаження об'єктів методи ділять на дві групи. До першої з них відносять методи, в основі яких лежать випробування об'єктів при стаціонарному режимі навантаження. До другої – методи, які засновані на нерегулярному режимі навантаження, як правило, з амплітудою напружень, яка  збільшується (дискретно або безперервно).

За характером проведених випробувань їх поділяють також на дві групи: з доведенням та без доведення об'єктів до руйнування.

Проведений аналіз методів показав, що:

            більшість методів, що базуються на скороченому експерименті, засновані на використанні рівнянь, які описують похилу ділянку кривої втоми;

             відсутні теоретичні дослідження систематичних похибок методів;

             у методах, заснованих на нестаціонарному режимі навантаження, використовується, як правило, лінійна гіпотеза підсумовування пошкоджень;

             існує групування методів за ознакою сутності вихідних передумов, способів навантаження і характеру випробувань, однак відсутня їх єдина класифікація;

            відсутня обґрунтована система єдиних рекомендацій щодо вибору методів для вирішення конкретних технічних завдань;

            відсутній державний стандарт, що регламентує оцінку границі витривалості деталей машин та елементів конструкцій на основі скорочених випробувань.

У другому розділі проведено вдосконалення теоретичної бази для розвитку експериментально-розрахункових методів визначення границі витривалості.