CC BY
28
СТАНДАРТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ КА ЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ
УДК 534.1; 629.73
ДОЛГОВЕЧНОСТЬ АВИАЦИОННОЙ КОНСТРУКЦИИ СО СВАРНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ ПРИ СЛУЧАЙНОМ НАГРУЖЕНИИ
Е.Е. Власова, М.В. Зарецкий, А.С. Сидоренко
Представлены процедура и результаты оценки усталостной долговечности конструкции авиационного изделия, содержащей непрерывные сварные соединения, при действии случайного нагружения. Особенностью исследований является учет влияния остаточных сварочных напряжений на долговечность. На основе численного моделирования напряженного состояния конструкции при действии случайной кинематической нагрузки построены реализации случайных процессов напряжений в зоне сварных соединений и зависимости для повторяемостей амплитуд приведенных регулярных циклов напряжений. Определены характеристики долговечности конструкции по двум теориям накопления усталостных повреждений. Показано существенное влияние уровней остаточных сварочных напряжений на долговечность.
Ключевые слова: конструкция, вибрационное напряжение, сварное соединение, остаточное сварочное напряжение, случайные колебания, спектральная плотность, статистическое моделирование, усталостная долговечность.
Для несущих авиационных конструкций основным видом снижения и нарушения прочности являются усталостные повреждения и разрушения, возникающие в результате действия циклически изменяющихся эксплуатационных напряжений. Зонами локализации усталостных повреждений являются нерегулярности конструкции в виде вырезов, отверстий, резких изменений поперечного сечения, различного вида соединений, которые создают существенную концентрацию напряжений. Распространенным видом нерегулярностей являются сварные соединения, в локальных зонах которых существенно изменяется характер распределения и повышаются уровни напряжений [1, 2, 3]. Различные конструктивные решения и технологические мероприятия, например, ультразвуковая ударная обработка поверхности сварного шва, позволяют уменьшить отрицательное влияние соединений на сопротивление усталости [4, 5]. Однако такие мероприятия не всегда приводят к существенному снижению концентрации напряжений. Это обусловлено комплексом отрицательных факторов сварных со-
единений: высокий уровень остаточных технологических напряжений, сопоставимый с пределом текучести материала, укорочение, изгиб и коробление свариваемых элементов вблизи жестких узлов при усадке шва, а также неоднородности швов, дефекты сварки (непровары, поры, шлаковые включения), технологические факторы (метод и режимы сварки, термообработка), изменение структуры металла шва и околошовной зоны [6, 7].
Вследствие влияния указанных факторов сварные соединения в тонкостенных конструкциях имеют повышенную чувствительность к вибрациям и ударам. Пределы выносливости металла в зоне сварных соединений могут быть в несколько раз ниже номинальных (справочных) значений для основного металла. При этом уменьшение долговечности может достигать нескольких порядков, что показывает необходимость количественной оценки такого уменьшения. Анализ публикаций показывает, что наибольший уровень остаточных напряжений, возникающих еще до приложения внешней нагрузки наблюдается в зоне термического влияния сварного шва [8, 9]. Таким образом, при расчете и несущей способности и долговечности конструкций, имеющих сварные соединения, необходимо, помимо напряжений от внешней нагрузки, учитывать в первую очередь остаточные напряжения после сварки. Величину остаточных напряжений можно устанавливать расчетом, экспериментально или по опыту проектирования [10].
Целью настоящей работы являются разработка и реализация методики расчетной оценки усталостной долговечности тонкостенной конструкции авиационного изделия, содержащей сварные соединения, при действии стационарной случайной нагрузки в виде широкополосного процесса ускорения узла подвески изделия к носителю. Заданное кинематическое возбуждение воспроизводит действие реальных полетных нагрузок при транспортировании изделия внутри носителя. Новизной данной методики является предварительное моделирование локального динамического напряженного состояния конструкции в зонах, прилегающих к сварным швам, для различных конфигураций сварного соединения. Расчетная оценка долговечности проводится на основе алгоритмов корректированной линейной гипотезы и спектральной теории накопления усталостных повреждений с учетом влияния остаточных напряжений после сварки. Исходными данными для применения данных алгоритмов являются спектральные плотности эквивалентных напряжений в точках конструкции с максимальными уровнями напряжений.
Для оценки вибрационной прочности конструкций, испытывающих случайные колебания, необходимы зависимости динамических напряжений от времени. Случайные функции, описывающие изменение динамических напряжений в точках конструкции могут быть получены либо путем вычисления напряжений на каждом временном шаге, либо с использованием алгоритмов статистического моделирования случайного процесса напряжений. Первый способ применяется в основном для расчетов нели-
нейных систем. При этом процесс внешнего случайного нагружения может задаваться в виде набора реализаций процесса или формироваться путем статистического моделирования.
В данной работе вычисление вероятностных характеристик вибрационных напряжений проводится на основе численной модели, имеющей высокую размерность, так как необходимо адекватно определять быстро изменяющиеся по координатам напряжения в зонах концентрации [11]. Для получения реализаций случайных процессов напряжений здесь используется статистическое моделирование, исходными данными для которого являются спектральные характеристики процессов напряжений.
Моделирование динамического напряженного состояния проведено для отсека авиационного изделия, который состоит из круговой цилиндрической оболочки и бугеля. Бугель и оболочка с помощью сварного шва по контуру бугеля объединены в единую конструкцию, но не имеют непосредственного двустороннего соединения между собой по соприкасающимся поверхностям. Напряженное состояние создается случайными кинематическими нагрузками, которые передаются от носителя на конструкцию изделия через устройство подвески. При моделировании используются геометрические характеристики, распределение массы элементов и механические характеристики материалов реальной конструкции.
Расчетные исследования проведены с использованием КЭМ конструкции при варьировании форм поперечного сечения сварных швов и конфигураций сварных соединений: швы по двум сторонам и сплошной шов по периметру бугеля. Обечайка моделируется с использованием элементов типа SHELL, бугель и сварные швы - с использованием десяти-узловых элементов SOLID. Путем варьирования размеров КЭ сформированы КЭ модели, имеющие КЭ с минимальными размерами 0,9 мм в зоне сварного соединения и 10,3 мм в регулярной зоне обечайки и бугеля и содержащие 80284 КЭ и 146494 узлов. В окрестности сварного соединения сформирована нерегулярная КЭ сетка на бугеле и обечайке. Последовательным изменением размеров элементов подтверждена сходимость значений максимальных уровней напряжений. На рис. 1 представлена КЭМ конструкции, соответствующая варианту сварного соединения бугеля и обечайки сплошным по периметру бугеля швом с плоским внешним контуром.
Рис. 1. КЭМ конструкции и сварного соединения
378
Внешняя нагрузка моделировалась в виде случайного стационарного широкополосного процесса ускорения в диапазоне частот 0...300 Гц, заданного в узлах КЭМ на верхней поверхности бугеля.
В результате расчетных исследований получены распределения среднеквадратических значений эквивалентных напряжений по конструкции, а также спектральные плотности напряжений в различных точках конструкции для рассматриваемых вариантов КЭМ. Установлено, что максимальные уровни вибрационных напряжений наблюдаются в зонах обечайки, прилегающих к сварному шву и расположенных вдоль образующей цилиндрической поверхности. Построены зависимости для спектральных плотностей напряжений Бсф в зонах максимальных уровней напряжений вблизи сварного шва. Эти зависимости используются для численного моделирования реализаций случайных процессов напряжений и последующей оценки долговечности. График спектральной плотности напряжений Бсф для узла КЭМ, расположенного вблизи сварного шва в зоне действия максимальных уровней напряжений приведен на рис. 2. Для этого узла КЭМ полная дисперсия эквивалентных напряжений составляет 21630 МПа2, а максимальные значения напряжений достигают 435. 440 МПа.
7000..................
6000...... ..... ...... ..... ..............
5000.................................................................................... ................................................................
^ 4000 «1°
зооо 2000 юоо
0 60 120 180 240 300
f. Гц
Рис. 2. Спектральная плотность напряжений (узел 11155)
Статистическое моделирование процессов напряжений. Анализ полученных зависимостей для спектральных плотностей показал, что процесс изменения напряжений o(i) в диапазоне частот 0.300 Гц является узкополосным. Максимумы спектральной плотности напряжений наблюдаются вблизи определенных ранее собственных частот конструкции (39,3 и 134,9 Гц) [11]. Основные составляющие дисперсии напряжений соответствуют этим собственным частотам. Поэтому, при моделировании процессов напряжений можно ограничиться учетом составляющих напряжений только в тех частотных интервалах, в которых расположены составляющие спектральной плотности, дающие преобладающий вклад в суммарную дисперсию напряжений.
Здесь для получения временной реализации процесса напряжений о(/) на графике спектральной плотности напряжений (рис. 2) в рассматриваемом диапазоне частот (0-300 Гц) выделяются частотные интервалы, соответствующие пикам зависимостей Бс(/), в которых сосредоточена практически вся дисперсия процесса. Первый интервал ограничен частотами 24 и 52 Гц, второй - частотами 128 и 142 Гц.
Временные реализации процесса напряжений соответствующие зависимостям для спектральных плотностей напряжений (рис. 2) при каждом текущем значении аргумента (времени) ? моделируются в виде гармонического ряда с использованием разложения [12]
где / - дискретные значения частоты на графике спектральной плотности напряжений, Гц; Б/) - соответствующие значения спектральной плотности, МПа2/Гц; А/ - шаги дискретизации по частоте, т.е. малые частотные интервалы в окрестности частот //, на которые разделяются выделенные для моделирования частотные интервалы, Гц; // = (//■ + 5/); 5/ - случайные флуктуации частоты, определяемые как взаимно независимые случайные величины, равномерно распределенные в интервале [-А//2, А// /2] с плотностью вероятности 1/А//; а/ - независимые случайные величины, равномерно распределенные в интервале [0, 2п].
Для выделенных частотных интервалов определяются значения /■ и соответствующие им значения Бс/ с переменным шагом А//, который уменьшается вблизи максимумов спектральной плотности. Для первого слагаемого суммы (1) значение А/1 = /2 - /1. Для последующих слагаемых
Моделирование реализаций проводится раздельно для каждого частотного интервала с последующим суммированием значений в совпадающие моменты времени. В качестве исходных данных используются значения частот/ и спектральной плотности БС/), временной интервал Т и шаг дискретизации процесса по времени Аt. Шаг дискретизации А? выбирается для каждого частотного интервала из условияА? < 1/(2/), где /с -верхняя граница соответствующего интервала. Величина Т задается из условия Т> 100//1, где /1 - низшая частота в рассматриваемых интервалах спектральной плотности напряжений. Шаги дискретизации по времени в различных частотных интервалах должны находиться межу собой в кратном отношении. Это необходимо для последующего суммирования составляющих процесса в совпадающие моменты времени. Алгоритм моделирования случайных процессов (1) реализуется с использованием системы Ма1ЬаЬ.
Распределение значений случайного процесса в реализациях, полученных по алгоритму (1), при увеличении количества слагаемых N приближается к нормальному.
(1)
/=0
А/= (// - //-1)/2 + (//+1 - А//2.
На рис. 3 приведен участок составляющих процесса a(t), соответствующих выделенным двум частотным интервалам, для реализации длительностью 1 с. Видно, что эти модельные процессы содержат гармоники, существенно различающиеся по частоте и уровню, что соответствует характеру исходной спектральной плотности.
400 300 200 я 100
В
цм
tí
о -100 -200 -300 -400
Далее проводится суммирование значений процесса a(t), соответствующих выделенным частотным интервалам, при одинаковых значениях аргумента t. Суммарная реализация процесса a(t) длительностью 10 с представлена на рис. 4.
500 400 300 200 « 100
S 0 ь
-100 -200 -300 -400 -500
0 1 23456789 10
I, с
Рис. 4. Суммарная реализация процесса напряжений
В соответствии с алгоритмом моделирования значения процесса напряжений o(t) имеют распределение близкое к нормальному и, с вероятностью близкой к единице, не должны превышать величину 3Da1/2, где Da -
381
Рис. 3. Составляющие процесса напряжений
суммарная дисперсия процесса. На рис. 4 видно, что превышение уровня 3£01/2 = 441 МПа является редким, что показывает корректность моделирования процесса.
Схематизация процессов напряжений. На следующем этапе исследований полученные модельные случайные процессы напряжений схематизируются, т.е. приводятся к эквивалентному по повреждающему действию набору гармонических циклов напряжений с постоянными амплитудами (регулярных циклов). Для формирования регулярных циклов используются различные методы: "дождя", максимумов, полных циклов и т.д. Здесь для схематизации используется стандартный метод «дождя» [13], который наряду с методом полных циклов дает наиболее приемлемые оценки долговечности [14]. В алгоритм схематизации вводятся значения времени ? и соответствующие им значения случайного процесса напряжений о(?) (рис. 4). В результате вычислений получены графики функции удельной повторяемости (за одну минуту) амплитуд оа приведенных симметричных циклов напряжений (рис. 5).
Представленные на рис. 5 графики соответствуют участкам реализации случайного процесса напряжений различной продолжительности Т (10, 300 и 600 с) и показывают сходимость результатов схематизации при увеличении продолжительности реализации. Наиболее важной является сходимость повторяемости амплитуд в области значений напряжений, превышающих предел ограниченной выносливости для рассматриваемого элемента конструкции. Эти графики являются статистическими оценками плотности вероятности амплитуд напряжений и далее используются для расчета характеристик долговечности конструкции.
а, МПа
Рис. 5. Повторяемость амплитуд приведенных циклов напряжений
Определение усталостной долговечности. Для определения долговечности используется корректированная линейная гипотеза суммирования повреждений, в которой условие появления усталостного разрушения имеет вид [14, 15]
У^ - А * - У п (2)
у N - ар, ар - У —----, (2)
I -1 г /-1 — атах V-
где п и N - количество циклов напряжений с амплитудой -а и количество циклов напряжений с амплитудой — а. до появления усталостного разрушения; к - число ступеней амплитуд напряжения; —а. - среднее значение амплитуды напряжения для ¿-ой ступени, МПа; —атах - максимальное значение амплитуды напряжения; V; - число повторений амплитуд
*
напряжений —а.; - суммарное число циклов.
При использовании соотношений (2) значения п определяются по кривой повторяемости для реализации процесса напряжений продолжительностью 300 с. Далее для соответствующих значений напряжений ог- с использованием приведенной кривой усталости для материала в зоне сварной точки определяются значения N Приведенная кривая усталости строится на основе характеристик кривой усталости для стандартного образца с учетом изменения свойств материала в сварном соединении и влияния различных факторов на сопротивление усталости.
Свариваемые детали конструкции изготовлены из стали 30ХГСА. Для стандартного образца из стали 30ХГСА принимается: Ыо=7Л05; т\=8,58; т2= 64,9; —ыо = 460 МПа, где Ыо и —ыо - координаты точки перелома, т\ и т2 - показатели наклона левой и правой ветвей кривой усталости [16, 17]. Считается, что приведенная кривая усталости, т.е. кривая соответствующая рассматриваемой конструкции, имеет значение абсциссы
точки перелома Ыо п - Ыо — 7 105 . Ордината точки перелома для приведенной кривой усталости —ыо п определяется по формуле
—Ыг
. (3)
где — ыо п и — ыо - медианные значения предела ограниченной выносливости для элемента конструкции и для стандартного образца соответственно, МПа; К - коэффициент снижения предела выносливости.
Для определения коэффициента К используется формула [18]:
К
' К—+_^ 1
ККР—
у
Кп • КА
(4)
где К - эффективный коэффициент концентрации напряжений; Ка - масштабный фактор; Кр - коэффициент влияния шероховатости
поверхности; К - коэффициент влияния поверхностного упрочнения; КА -коэффициент анизотропии.
Для коэффициентов в формуле (4), в соответствии со стандартом [18], принимаются следующие значения: Кра = 0,95; Ку= 1,0; КА = 0,9;
К^о =1,2. Так как приведенная кривая формируется непосредственно для
элемента в зоне около сварного шва с максимальным уровнем напряжений, то отношение Ко / К^о принимается равным 1. Тогда значение величины
равно 393 МПа.
При определении влияния остаточных сварочных напряжений на сопротивление усталости учитывается, что эти напряжения резко изменяются по величине и знаку. Поэтому остаточные напряжения приближенно рассматриваются как средние напряжения цикла, которые считаются растягивающими и, следовательно, снижающими характеристики сопротивления усталости.
Для количественной оценки влияния остаточных напряжений здесь используется диаграмма предельных амплитуд, которая описывается зависимостью Гудмана, удовлетворительно соответствующая экспериментальным данным для сталей [16, 17]:
оа = о-1
/ Л
1
V 0в у
(5)
где оа - предельная амплитуда несимметричного цикла напряжений, соответствующая ограниченному пределу выносливости, МПа; о-1 - предел ограниченной выносливости для симметричного цикла; ога - среднее напряжение цикла; ое = 1080 МПа - предел прочности стали 30ХГСА.
По формуле (5) величина оа определяется как ордината точки перелома для приведенной кривой усталости с корректировкой на влияние остаточных сварочных напряжений. В качестве о-1 принимается величина о, определяемая по формуле (3). На основе результатов расчетного определения остаточных сварочных напряжений для рассматриваемой конструкции [11] принимается величина ога принимается равной 94 МПа, с использованием которой получаем корректированную величину о ^ = 359 МПа.
О, п
Для функции повторяемости напряжений, соответствующей длительности реализации 600 с по формуле (2) получено значение корректировочного коэффициента ар=0,117. С использованием полученных функций повторяемости (рис. 5) и соотношения корректированной линейной гипотезы суммирования повреждений (2) получено, что удельная относительная повреждаемость (за один час эксплуатации изделия) конструкции со сварным соединением при возбуждении колебаний случайным стационарным процессом с заданной спектральной плотностью ускорения, составляет 1,051 %, а усталостная долговечность - 95,15 часов.
384
Величина усталостной долговечности конструкции, определенная по корректированной линейной гипотезе суммирования повреждений для заданных условий случайного нагружения, но без учета остаточных сварочных напряжений, т.е. при —Ыо п =393 МПа составляет 259,1 часов.
Так как результатом решения задачи о случайных колебаниях конструкции методом спектральных представлений являются спектральные плотности реакции, то необходимо по спектральным плотностям восстанавливать соответствующие случайные процессы с использованием алгоритмов статистического моделирования. Применение линейной гипотезы суммирования повреждений для оценки усталостной долговечности при случайных колебаниях требует применения процедуры приведения случайного процесса напряжений к эквивалентному по повреждающему действию регулярному процессу.
Непосредственное вычисление характеристик долговечности по спектральной плотности напряжений без моделирования случайного процесса возможно на основе алгоритмов теории спектрального суммирования усталостных повреждений [19, 20].
В рамках этой теории средняя накопленная удельная (за одну секунду) повреждаемость, вызванная действием стационарного нормального случайного процесса напряжений определяется по формуле [19]
-\т/2
Х- ЙС*/2 ^
$ Ф(ю)ю2/тйю
(6)
где С - Ы •—т - параметр уравнения кривой усталости, (МПа)т; - суммарная дисперсия процесса напряжений, МПа2; Ц(т)- 2т2Г(т/2 +1)-функция показателя степени кривой усталости т; Г - гамма-функция;
ж( ) /) -
Ф(ю)-—-—- - нормированная спектральная плотность напряжений,
с/рад; ю - угловая частота, рад/с.
С учетом формулы (6) для медианной долговечности Т имеет место соотношение:
- 2кС
т--—-ттг . (7)
-т/2
О?'2 Цт)
$ Ф(ю)ю2/ тс1ю
.ю _
Вычисление интеграла от сложной функции, включающей спектральную плотность напряжений в формулах (6), (7), в общем случае проводится с использованием численных алгоритмов. Для спектральной плотности напряжений (рис. 2) интегрирование можно проводить только для частотных интервалов, соответствующих основным пикам зависимости 8оф, в которых сосредоточена практически вся дисперсия процесса напряжений. Для узкополосных процессов эти отдельные пики прибли-
385
женно можно представить как равные по площади прямоугольники с аналогичной шириной частотных интервалов. В рассматриваемой спектральной плотности (рис. 2) практически вся дисперсия процесса напряжений сосредоточена в одном частотном интервале, и выражение (7) для средней долговечности будет
- 2кГ
Т = - т/2 ' (8)
Ь(ш)
И |ю2/тйю _ Аю _
где И = Б^/Аю, МПа2 с/рад; Аю - величина частотного интервала, рад/с.
Значение медианной долговечности Т, полученное в результате вычислений по формуле (8), с использованием определенных выше усталостных характеристик конструкции, составляет 36,7 часа. Соответствующее среднее относительное значение удельной повреждаемости сварного соединения (за один час эксплуатационного нагружения) равно 2,72 %.
Таким образом оценки долговечности, полученные по различным теориям имеют существенные различия. Долговечность, определенная и по корректированной линейной теории превышает значение полученное по гипотезе спектрального суммирования усталостных повреждений.
Следует отметить, что расчет долговечности по теории спектрального суммирования ведется с учетом только левой ветви кривой усталости, а расчет с применением гипотезы линейного суммирования повреждений -с учетом левой и правой ветвей кривой усталости.
Выводы
1. Разработана и реализована методика определения характеристик усталостной долговечности конструкции авиационного изделия, содержащего сварные соединения, при случайном нагружении. Методика основана на численном моделировании остаточных сварочных напряжений и определении спектральных характеристик локального случайного динамического напряженного состояния в нерегулярных зонах сварных соединений.
2. На основе вычисленных спектральных характеристик вибрационных напряжений в наиболее напряженных зонах конструкции и с использованием алгоритмов статистического моделирования построены реализации случайных процессов напряжений. Методом "дождя" выполнено приведение случайных процессов напряжений к набору регулярных циклов и построены функция повторяемости амплитуд для реализаций процесса напряжений различной продолжительности.
3. Адекватность результатов статистического моделирования и приведения набору регулярных циклов подтверждается соответствием распределения значений случайного процесса напряжений распределению Гаусса, а распределения амплитуд - распределению Рэлея.
4. С использованием двух теорий накопления усталостных повреждений (корректированной линейной и спектрального суммирования) определены оценки долговечности рассматриваемой конструкции с учетом
остаточных сварочных напряжений. Приведена сравнительная оценка влияния остаточных сварочных напряжений на долговечность рассматриваемой конструкции при заданных условиях случайного нагру-жения.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 1708-00849 А).
Список литературы
1. Винокуров В.А., Куркин С.А., Николаев Г.А. Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности / под ред. Б.Е. Патона. М.: Машиностроение, 1996. 576 с.
2. Прочность сварных соединений при переменных нагрузках. Под ред. В.И. Труфякова. Киев: Наукова думка, 1990. 256 с.
3. Винокуров В.А., Григорьянц А.Г. Теория сварочных деформаций и напряжений. М.: Машиностроение, 1984. 280 с.
4. Труфяков В.И. Повышение сопротивления усталости сварных соединений конструкций // Автоматическая сварка. 1998, № 11. С. 11 - 19.
5. Труфяков В.И. Усталость сварных соединений конструкций. Киев: Наукова думка, 1973. 488 с.
6. Branel J.G., Burdekin E.M. Case study collection on the assessment of the significance of weld imperfections // Weld. World. 1998. 41. N4. P. 361383.
7. Иерусалимский К.М., Корнеев А.Н. Влияние остаточных напряжений после сварки на прочность и устойчивость элементов конструкций // Труды ЦАГИ. 1998. № 2633. С. 34- 43.
8. Antonov A.A. Investigation of fields of residual stresses in welded structures. // Welding International. 2014. V. 28. No. 12. P. 966-969.
9. Фирсанов В.В., Серпичева Е.В. Влияние напряженно-деформированного состояния «пограничный слой» на прочность фланцевых и сварных соединений. // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. Вып. 11.Ч. 1. С. 279 - 288.
10. Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Расчетно-экспериментальные методы оценки сопротивления усталости сварных соединений. РД 50-551-85. М.: Изд-во стандартов, 1986. 52 с.
11. Зарецкий М.В., Сидоренко А.С. Напряженное состояние авиационной конструкции со сварными соединениями при случайных колебаниях. // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 12. С. 476 - 482.
12. Вибрации в технике. Справочник в 6 т. Колебания линейных систем / под ред. В.В. Болотина. М.: Машиностроение, 1980. Т. 1. 544 с.
13. ГОСТ 25.101-83. Расчеты и испытания на прочность. Методы схематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций и статистического представления результатов. М.: Изд-во стандартов, 1984. 25 с.
14. Когаев В.П., Махутов Н.А., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: справочник. М.: Машиностроение, 1985. 224 с.
15. Методические указания. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Вероятностные методы расчета усталостной долговечности деталей машин и элементов конструкций при нерегулярном нагру-жении. РД 50-607-86. М.: Изд-во стандартов, 1986. 36 с.
16. Трощенко В.Т., Сосновский Л.А. Сопротивление усталости металлов и сплавов. справочник. Киев: Наукова думка, 1987. Т. 1. 510 с.
17 Трощенко В.Т., Сосновский Л.А. Сопротивление усталости металлов и сплавов. справочник в 2 т. Киев: Наукова думка, 1987. Т.2. 825 с.
18. ГОСТ 25.504-82. Методы расчета характеристик сопротивления усталости. М.: Изд-во стандартов, 1982. 55 с.
19. Райхер В. Л. Гипотеза спектрального суммирования и ее применение для определения усталостной долговечности при действии случайных нагрузок // Труды ЦАГИ. 1969. Вып. 1134. 40 с.
20. Бессолова О.А., Райхер В.Л., Устинов А.С. Расчет усталостной повреждаемости при циклическом и случайном нагружении с ненулевым средним значением // Ученые записки ЦАГИ. 1989. Т. ХХ. № 3. С. 72-80.
Власова Елена Евгеньевна, канд. техн. наук, доцент, kaf904amai.ru, Россия, Москва, Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет),
Зарецкий Максим Владимирович, канд. техн. наук, ведущий специалист, iemza kupol.ru, Россия, Ижевск, АО «Ижевский электромеханический завод «КУПОЛ»,
Сидоренко Александр Сергеевич, д-р техн. наук., профессор, k906a.mai.ru, Россия, Москва, Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет)
DURABILITY OF AN AVIATION STRUCTURE WITH WELDED JOINTS A T RANDOM LOADING
E.E. Vlasova, M.V. Zareckiy, A.S. Sidorenko
The procedure and results of the fatigue life evaluation for the aviation article's structure, containing continuous welded joints, under the action of random loading are presented. The peculiarity of the researches is the assessment of the residual welding stresses influence on longevity. Based on the numerical simulation of the structure stress state under the random kinematic loading the realizations of random stresses processes in the welded joint zone area and functions for amplitudes repeatability of schematized regular stress cycles are constructed. The longevity's performances of the structure according for two theories of fatigue damages accumulation are defined. The essential influence of residual welding stresses levels on longevity is shown.
Key words: structure, vibrating stress, welded joint, residual welding stress, random vibration, spectral density, statistical simulation, fatigue life.
Vlasova Elena Evgenievna, candidate of technical sciences, docent, k904@mai.ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University),
388
Zareckiy Maksim Vladimirovich, candidate of engineering sciences, leading expert, iemz@kupol.ru, Russia, Izhevsk, JSC "Izhevsk Electromechanical plant "KUPOL ",
Sidorenko Aleksandr Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, k906@mai.ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University)
УДК 006.05
АНАЛИЗ ВНЕДРЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ КОНТРОЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ОТРАСЛЕВЫХ МЕЖЛАБОРАТОРНЫХ АТТЕСТАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЯХ
М.А. Ефремова, Г.Т. Ткаченко, Н.П. Борейко, В.Ш. Сулаберидзе
Показано, что промышленные контрольные материалы могут служить эффективным средством контроля и обеспечения требуемого качества синтетических каучуков, при условии обеспечения соответствующего качества контрольных материалов и стабильности их характеристик. В проведенных межлабораторных аттестационных испытаниях были определены упруго-прочностные показатели характеристики резиновых смесей на основе каучука СКС-30АРК с использованием первой партии отечественных контрольных материалов. Внедрение в практику контрольных материалов будет способствовать развитию инновационной инфраструктуры отрасли, устранению технических барьеров при взаимодействии между производителями и потребителями синтетических каучуков, сократит сроки внедрения новых видов каучуков.
Ключевые слова: промышленные контрольные материалы, синтетические ка-учуки, межлабораторные аттестационные испытания.
Разработка отечественных стандартов, регламентирующих производство, аттестацию и применение промышленных контрольных материалов (ПКМ), позволила сформировать и внедрить современный комплексный подход контроля качества синтетических каучуков [1]. С учетом международной практики и в соответствии с требованиями вновь разработанных документов, были запланированы, организованы и проведены межлабораторные аттестационные испытания (МАИ) с использованием пакета контрольных материалов при сравнении импортных и отечественных ПКМ.
В МАИ приняли участие 13 лабораторий различных государственных и частных предприятий, производителей и потребителей синтетических каучуков (СК), при координирующей роли ФГУП «НИИСК»: ОАО «Белшина», ООО «НИИЭМИ» (2 лаборатории), ОАО «СНХЗ», НП ИЦ «Ярэластест», АО «Тульский завод РТИ», ООО «СИБУР Тольятти», ПАО «Омский каучук», ОАО «Курскрезинотехника», АО «Воронежсин-тезкаучук», Воронежский филиал ФГУП «НИИСК», ПАО «Балаковорези-нотехника», ПАО «Нижнекамскнефтехим» и сам ФГУП «НИИСК» [1].
389
