CC BY
29
а б
Рис. 3. Фотограммы серий эхоимпульсов в плоскопараллельном образце с одноосными сжимающими линейно изменяющимися механическими напряжениями
Характерное изменение амплитуды эхоимпульсов в серии многократных отражений, а также зависимость числа эхоимпульсов в серии с градиентом скорости УЗ-волны использованы при разработке методики определения в слитках МК ГГГ местоположения границ ненапряженных участков ультразвуковым эхоимпульсным методом [3].
ЛИТЕРАТУРА
1. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. 244 с.
2. Сташкевич А.П. Акустика моря. Л.: Судостроение, 1966. 255 с.
3. Сластен М.И. Ультразвуковой эхоимпульсный метод нахождения границ ненапряженных участков в монокристаллах галлий-гадолиниевого граната //Сборник трудов VIII Международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века». 10 - 16 сентября 2001 г. Севастополь, Украина. Донецк, 2001. Т. 2. С. 157 - 163.
ЭКСПЕРТНАЯ ОЦЕНКА ИСХОДНОЙ ПРОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ, РАЗРУШИВШИХСЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
О.В. Шумская
«ЧерноморНИИпроект», г. Одесса
The holding of technical expert appraisals and accelerated tests of new techniques or an important modern problem. It can be made with the help of individual curves of corrosion fatigue. The curve is ploted proceeding from a linear hypothesis of toting of damages. This hypothesis is executed uniquely by considering individual properties of a detail.
В условиях современных рыночных отношений в морских портах, как и на многих других производствах, остро стоит вопрос безопасной работы оборудования. Невнимательность или халатность может обернуться потерей денежных средств для предприятия, а для производителя - потерей доверия покупателей и рынка сбыта. В случаях поломки детали или выхода из строя целого узла необходимо правильно определить причину поломки, откорректировать режим эксплуатации или внести изменения в конструкцию. В большинстве случаев при расследовании причин аварии надо восстановить исходные свойства разрушившейся детали. Более конкретно задачу можно сформулировать так: как по характеристикам прочности детали при регулярном режиме нагружения определить суммарную долговечность Ns этой детали по
заданному режиму нагружения или по полученной экспериментально или в эксплуатации долговечности N2 определить начальную прочность при регулярном нагруже-нии. Такая задача связана с рассмотрением конкретной детали, которая имеет свойства, присущие только ей, в том числе индивидуальную кривую усталости. В большинстве случаев оборудование портов находится под воздействием агрессивных сред: аэрозолей морской воды, воздуха различной влажности, воздуха, загрязненного различными примесями от обрабатываемых грузов, и т.д., поэтому детали и металлоконструкции в основном характеризуются индивидуальными кривыми коррозионной усталости. Говоря о традиционной кривой усталости, которая характеризует массив идентичных деталей, надо сказать, что она не прогнозирует поведение отдельной детали, свойства которой могут далеко выходить за рамки усредненных.
Большинство машин и оборудования находятся под воздействием нерегулярного режима нагружения. Для расчетов долговечностеи деталей при нерегулярном нагружении исходя из характеристик сопротивления усталости при регулярном на-гружении действительные режимы нагружения сводят тем или иным способом к эквивалентным регулярным.
В общем случае нагружения детали при циклической нерегулярной нагрузке, если изменение напряжения во времени представить дискретным со сколь угодно большим числом ступеней к [1], записывается так:
X(tЬ, о
где и; - наработка на уровне, N - долговечность на том же уровне регулярного нагружения; а - сумма относительных долговечностей (мера предельного усталостного повреждения).
Пусть режим нагружения детали, которая разрушилась, известен и задан. Так как коррозионная кривая усталости бесконечно стремится к оси абсцисс, то очевидно, что все напряжения будут разрушающими [1,2]. Поэтому отпадает сложный вопрос о том, какие напряжения спектра учитывать при суммировании усталостных повреждений, а какие не учитывать [1,2]. В этом случае при сведении действительного режима к эквивалентному можно использовать линейную гипотезу суммирования усталостных
повреждений.
Проиллюстрируем это утверждение следующим образом. Ресурс новой детали, например по степенному уравнению левого участка кривой усталости [1,3], определяется как ст • N. Этот ресурс используется на каждом уровне напряжений действительного нерегулярного режима частями, которые составляют , где и; - продолжи-
N1
тельность действия напряжений в блоке, N1 - долговечность при напряжении С; и регулярном режиме нагружения. Если деталь разрушилась (достигла предельного состояния) и ресурс ее полностью вычерпан при действительном режиме нагружения, то можно записать:
к л к
X • N • N=X ст • и; . (2)
1=1 1 1=1
Этого же результата можно достичь при любом уровне регулярного нагруже-ния - с1,с2,..,с1,...,ск >аК - по кривой усталости детали, которая разрушилась при нерегулярном нагружении. Условие эквивалентности будет иметь вид:
Xст• и;=ст• ^=ст• N2=...ст• N1 =<• 10е, (3)
1=1
где т и С - известные нам параметры левого участка индивидуальной кривой коррозионной усталости разрушенной детали; оЕ - эквивалентное напряжение.
Разделив левую и правую части выражения (3) на 10С, получаем к и-
Е — = 1, (4)
а это и есть условие линейного суммирования повреждений. Это условие выполняется по предельному положению, и нельзя переносить выражение (4) на случай, когда деталь не достигла его, потому что суммы разрушений на промежуточных стадиях отклоняются от пропорционального возрастания разрушений при возрастании наработки, как это получается по выражению (4).
Следует отметить, что гипотеза линейного суммирования повреждений подвергается критике. В частности, в работах многих авторов высказывается сомнение в правомерности принятия меры накопления усталостного повреждения равной единице. При этом зачастую формализуются истолкования линейной гипотезы и наблюдавшихся в опытах колебаний накопленного повреждения а. Приведем по этому поводу некоторые общие соображения.
Проверку выражения (4) необходимо производить при условии, что наработка и и долговечности N относятся к одному и тому же объекту. Это равносильно тому, что испытываемые при увеличиваемой и постоянной нагрузках объекты абсолютно идентичны и рассеяние их свойств, в частности, не имеет места. В действительности же это условие нельзя соблюсти, так как нельзя разрушившийся при возрастающем нагружении объект испытать затем при постоянной нагрузке, как нельзя устранить неизбежное рассеяние долговечностей. Поэтому на практике наработки и , полученные на одних объектах, относят к долговечностям, полученным на других объектах. И, соответственно, суммы относительных долговечностей а колеблются в широких пределах. Поэтому есть основания полагать, что отклонения сумм а от единицы обуславливаются прежде всего некорректным истолкованием выражения (4), несравнимостью величин п; и N и не могут служить критерием для принятия или неприятия линейной гипотезы.
Основываясь на материалах опытов [4] были проведены проверка соображений, изложенных выше, и сравнение результатов с данными использованного исследования, где рассматривались различные гипотезы суммирования повреждений при нерегулярном нагружении в 3 %-ном растворе хлористого натрия. В результате испытаний известными являются режим нагружения (с1, с2,.. .,ск; р1, р2 ,• • •, Рк - относительная продолжительность действия напряжений) и экспериментальное значение долговечности N2 . Далее, используя линейную гипотезу суммирования повреждений, можно найти суммарную расчетную долговечность и сравнить ее значение с экспериментальным :
1
^ =
1 Е Е" ^
Р1
V N1 у
(5)
В формуле (5) и [4] неизвестные значения долговечностей N находятся из опытов при регулярном нагружении для ряда аналогичных деталей. В этом случае относительная погрешность А расчетной оценки усталостной долговечности N2 достаточно велика и изменяется от - 277,3 % до - 161,3 %.
Однако если недостающие значения N1 находить по индивидуальной кривой коррозионной усталости, характеризующей конкретную деталь, то погрешность составляет 1,5 - 2,5 %. Определить положение индивидуальной кривой коррозионной
усталости достаточно просто: следует найти наработки и; = N2 /р; и параметры кривой т и е [5], а далее - долговечности при регулярном режиме нагружения N из выражения
Lg N1= С -т- ^ . (6)
Следовательно, подтверждается правильность гипотезы линейного суммирования повреждений по состоянию предельного разрушения при использовании в расчетах данных, относящихся к одной детали.
ЛИТЕРАТУРА
1 Н.В. Олейник, Л.Я Курочкин. Сопротивление стальных конструкций в морской воде. Одесса: Астропринт, 1999. 168 с.
2 Н. В. Олейник. Высокопроизводительные испытания на усталость и оценка индивидуальных характеристик сопротивления усталости. Одесса: Астропринт, 1999. 184 с.
3 О.В. Шумская. Особенности построения кривой коррозионной усталости деталей, работающих в среде аэрозолей морской воды //Украинский морской университет им. адм. Макарова: Сборник научных трудов. 2001. Вып. 5.С.12 - 15.
4 Сосновский Л.А., Богданович А.В. Сопротивление усталости алюминиевого сплава Д16Т при программном нагружении в воздухе и в коррозионной среде // Промл. прочн. 1991. Вып. 3 5.С. 50 - 55.
5 О.В. Шумська Про кривi втомленосл стальних деталей в середовищi аерозолiв морсько! води // Тема. 1999. №3. С. 11 - 15.
ТЕХНОЛОГИЯ ФЕРРОНИОБАТА СВИНЦА И ЕЁ ВОЗМОЖНОСТИ
Л. М. Кацнельсон, Т. К. Кузнецова, Г.И. Сидоров
МПО «Сотрудничество», г. Таганрог
Исторически сложилось так, что практически единственными материалами, используемыми отечественной промышленностью для изготовления саморегулируемых нагревательных элементов, являлись материалы на основе титаната бария.
Однако данный материал имеет определенные недостатки: достаточно высокую себестоимость и недостаточно оптимальные электрофизические характеристики (например, высокий стартовый ток, наличие размерного эффекта и др.).
Говорить о появлении в этом смысле альтернативного материала стало возможным только после открытия группой Г.А. Смоленского феррониобата свинца (РЫС), электрофизические характеристики которого позволяли надеяться на его широкое практическое использование в различных отраслях промышленности. Однако крайне высокая нетехнологичность FNC не оставляла никакой надежды на его практическое использование. Многочисленные попытки исследователей добиться положительных результатов к успеху не привели и, казалось бы, перспективный материал благополучно лёг на «полку».
Проводимые авторами исследования по формированию FNC в рамках разработанного ими системного подхода к оптимизации пьезокерамической технологии (более чем 25-летний опыт) позволили установить некоторые особенности синтеза Р^, которые, с нашей точки зрения, являются определяющими в столь высокой его нетехнологичности (речь идет о переменной валентности железа). Учитывая то, что в рамках классической керамической технологии принципиально невозможно застаби-лизировать соотношение 2- и 3-валентного железа (о чем и говорят столь разноречи-
