CC BY
10УДК 624.014.620.17
К ОПРЕДЕЛЕНИЮ РАСЧЕТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН
Давиденко А. И., доктор технических наук, профессор;
Давиденко А. А., кандидат технических наук, доцент,
ГОУ ЛНР «Луганский национальный аграрный университет»; Высоцкая Н. Д., кандидат технических наук, доцент;
Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского»
Предложен способ определения расчетного сопротивления усталости рабочих органов сельскохозяйственных почвообрабатывающих и кормод-робильных машин, особенно эффективный для деталей, изготовленных из сталей, имеющих различия в ресурсе пластичности при равных прочностных параметрах. Способ основан на учете изменения коэффициента энергопоглощаемости стали при циклическом нагружении, определяемого в зависимости от принимаемых деформационных кривых малоцикловой либо многоцикловой усталости. Расчетные сопротивления усталости по предложенной методике, не требуют ограничений в области повышенных амплитуд напряжений, приведенных в нормативных документах.
Ключевые слова: напряжения, ресурс, расчетное сопротивление, усталость, энергопоглощаемость.
TO THE DETERMINATION OF THE CALCULATIVE RESISTANCE TO THE FATIGUE OF THE WORKING BODIES OF AGRICULTURAL MACHINES
Davidenko A. I., Doctor of Technical Sciences, Professor;
Davidenko Ä. Ä., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor; Luhansk National Agrarian University;
Vysotskaya N. D., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor; Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V.I. Vernadsky Crimean Federal University»
A method is proposed for determining the calculated fatigue resistance of the working bodies of agricultural tillage and feed-crushing machines, particularly effective for parts made of steel having differences in plasticity resource with equal strength parameters. The method is based on taking into account changes in the energy absorption coefficient of steel under cyclic loading, determined depending on the received deformation curves of low-cycle or high-cycle fatigue. The calculated fatigue resistances according to the proposed method do not require restrictions in the area of increased voltage amplitudes given in the regulatory documents.
Key words: stresses, resource, design resistance, fatigue, energy absorption.
60
Введение. Ресурс рабочих органов сельскохозяйственных почвообрабатывающих и кормодробильных машин - определяется выносливостью и износостойкостью их рабочих поверхностей. Ресурс подвесок машин определяется выносливостью твердосплавных пластин при условии качественного присоединения их к державкам. Предел выносливости о_1 = (0,55 - 0,0001 ов ) ов , согласно ГОСТ 25.504-82 [1], связан корреляционной зависимостью с пределом прочности без учета различия в ресурсе пластичности сталей. Значения пределов выносливости стальных конструкций бункерных, разгрузочных эстакад а • • уХ) , вычисляемых согласно СП 16.13330.2017 [2], с превышением предела текучести при циклическом нагружении, требуют ограничения Яи / уи . Результаты расчетов, выполненные в соответствии с СП 16.13330.2017 [2], СНиП 2.05.03.84 «Мосты и трубы», Eurocode свидетельствуют, что ни одна из перечисленных методик не обеспечивает расчета на выносливость всех групп элементов без перенапряжения при различных коэффициентах асимметрии цикла. При этом в условиях знакопеременного нагружения процент перенапряжения возрастает. В настоящее время улучшилось качество металла, наметилась тенденция к использованию высокопрочных сталей при проектировании деталей, конструкций. Однако, требуется повышение достоверности расчетов деталей, конструкций при циклическом нагружении. Все это дает основание использовать современные методики определения допускаемого максимального напряжения при расчете на выносливость.
Материал и методы исследований. В исследованиях [3], а также [4] показано, что циклическое нагружение приводит к выработке деформационного ресурса. При равных значениях предела текучести и пределах прочности при различном количестве циклов нагружения наблюдается значительное различие в ресурсе пластичности и уровне энергопоглощаемости материала. В технической литературе имеются различные способы определения работы пластической деформации и различные энергетические параметры для оценки указанных свойств материала конструкций. В данных исследованиях в качестве параметра, комплексно характеризующего энергопоглощаемость материала и упругую энергию, накапливаемую в материале, принято отношение удельной работы пластической деформации к соответствующей энергии упругих деформаций в момент потери устойчивости пластического деформирования, соответствующего моменту достижения предела прочности [5].
Физическая обоснованность данного параметра характеризуется тем, что с уменьшением энергопоглощаемости вР1 при циклическом нагружении вязкость разрушения и способность материала к перераспределению напряжений в зонах концентрации напряжений снижается, а с увеличением запаса упругой энергии на заключительном этапе деформирования возникают условия, бла-
гоприятствующие хрупкому разрушению. Коэффициент энергопоглощаемости при циклическом нагружении может быть вычислен на основе деформационных кривых усталости.
Результаты и обсуждение. При условии кусочно-линейной аппроксимации диаграммы деформаций " - " (рис. 1) и подстановки в уравнение (1) деформационных кривых усталости коэффициент энергопоглощаемости может быть вычислен по формуле:
Я,, =
E-zu(N)\R ,Ry)
R2
(2)
где Е - модуль упругости; £и (И) - деформации, соответствующие временному сопротивлению стали, в зависимости от количества циклов нагружения, определяемые по деформационным кривым усталости; Яи - расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению [2]; Яу - расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести [2].
Рисунок 1. К определению коэффициента энергопоглощаемости материала: а) - диаграмма деформирования материала в состоянии поставки; б) - диаграмма деформирования материала после (N) циклов нагружения
С учетом (2) величину расчетного сопротивления усталости можно определить по формуле:
где Rv - расчетное сопротивление усталости, принимаемое согласно [1] в зависимости от временного сопротивления стали и группы элементов конструкций; f (BpiN) - функция параметра BphN [4]; yv - коэффициент, определяемый согласно [1] в зависимости от вида напряженного состояния и коэффициента асимметрии цикла напряжений р.
Функция параметра Bp, N определяется формулой [4]:
Д/W) -
р,
p!,N
2000 + pplN
Учет количества циклов нагружений в формуле (3) выполнен с помощью функции f (Bpl, N ), включающей зависимость предельных деформаций при циклической наработке, либо значения предельных деформаций различных сталей с соответствующим ресурсом пластичности при кратковременном нагружении.
Значения разрушающих амплитуд напряжений при заданном количестве циклов в условиях мягкого нагружения с учетом [5] определяются по формуле:
(4)
где Я, - расчетное сопротивление усталости при малоцикловом нагружении; Ап - параметр диаграммы циклического деформирования; у - относительное сужение образца конструкционной стали; т - характеристика стали в зависимости от циклических свойств и асимметрии цикла напряжений.
Параметр диаграммы циклического деформирования определяется формулой:
<11 13 <£)0"шакт
Рисунок 2. Сравнительный анализ пределов выносливости сталей, определяемых по действующим нормам СП 16.13330.2017 (пунктирные линии) и предлагаемой методике (сплошные линии) при коэффициенте асимметрии цикла р = 0,18 (0 < р < 0.18)
63
Сравнение результатов расчета сопротивлений усталости (предела выносливости) по предлагаемой методике и СП 16.13330.2017 для различных групп элементов и соединений во всем диапазоне коэффициентов асимметрии цикла приведено на рисунке 2 [7].
Выводы. Таким образом, формула (3) в сравнении с формулами (170-172) методики [2] позволяет определять расчетные сопротивления усталости с учетом различия ресурса пластичности сталей, имеющих равные прочностные параметры, так и расчетные сопротивления малоцикловой и многоцикловой усталости в зависимости от принимаемых деформационных кривых усталости.
Результаты сравнительного анализа свидетельствуют о достаточно дифференцированном подходе к определению расчетного сопротивления усталости по предложенной методике, не требующей ограничений СП 16.13330.2017 [2] в области повышенных амплитуд напряжений.
Список использованных источников:
1. ГОСТ 25.504-82 Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости (с Изменением № 1). - Сб. стандартов. -М.: Стандартинформ, 1989. - 54 с.
2. СП 16.13330.2017 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП П-23-81* (с Поправкой, с Изменением № 1). - М.: Минстрой России, 2017. - 145 с.
3. Байков В. П., Антипов Е. А., Глуш-ков А. К., Христов Г. П., Каплинский А. Л. Определение долговечности стали 20ГС в условиях пульсирующего нагруже-ния с помощью полных диаграмм деформирования // Вестн. политехи. инта. - 1991. - Вып. 30. - С. 77-84.
4. Давиденко А. И. Трещиностой-кость и несущая способность конструкций при повторных нагружениях. - Ал-чевск: «Ладо» ДГМИ, 1999. - 188 с.
5. Механическое поведение материалов при различных видах нагру-жения / Трощенко В. Т., Лебедев А. А., Стрижало В. А., Степанов Г. В, Криве-нюк В. В. - К.: Логос, 2000. - 571 с.
6. Серенсен С. В., Когаев В. П., Шнейдерович Р. М. Несущая способ-
References:
1. STST 25.504-82 Calculations and strength tests. Methods for calculating the characteristics of fatigue resistance (with Change № 1). - Collection of standards. -M.: Standartinform, 1989. - 54 p.
2. SR 16.13330.2017 Steel structures. Updated edition of the Construction Norms and Rules II-23-81* (as amended, with Amendment № 1). - M.: Ministry of Construction of Russia, 2017. - 145 p.
3. Baikov V. P., Antipov E. A., Glush-kov A. K., Khristov G. P., Kaplinsky A. L. Determination of durability of steel 20GS under conditions of pulsating loading with the help of full deformation diagrams // Bulletin of the Polytechnic Institute. - 1991. - Is. 30. - P. 77-84.
4. Davidenko A.I. Crack resistance and bearing capacity of structures under repeated loads. - Alchevsk: «Lado» DMMI, 1999. - 188 p.
5. Mechanical behavior of materials at various types of loading / Troshchenko V. T., Lebedev A. A., Strizhalo V. A., Ste-panov G. V., Krivenyuk V. V. - K.: Logos, 2000. - 571 p.
6. Serensen S. V., Kogaev V. P., Shnei-derovich R. M. Bearing capacity and cal-
64
ность и расчеты деталей машин на прочность. - М.: Машинострение, 1975. - 488 с.
7. Давиденко А. И., Псюк В. В. Определение расчетного сопротивления выносливости на основе параметра энергопоглощаемости материала // Вюник Придшпр. акад. буд-ва та арх-ри. - 2002. - № 1. - С. 10-16.
Сведения об авторах:
Давиденко Александр Иванович -доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой архитектуры зданий и сооружений ГОУ ЛНР «Луганский национальный аграрный университет», e-mail: a.david@ukr.net, 91008, ЛНР, г. Луганск-8, ЛНАУ.
Давиденко Алексей Александрович - кандидат технических наук, доцент кафедры сопротивления материалов и теоретической механики ГОУ ЛНР «Луганский национальный аграрный университет», e-mail: alikdav@autlook. com, 91008, ЛНР, г. Луганск-8, ЛНАУ
Высоцкая Наталия Дмитриевна -кандидат технических наук, доцент кафедры общетехнических дисциплин Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», e-mail: natali.v-v@mail.ru, 295492, Республика Крым, г. Симферополь, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского».
culations of machine parts for strength. -M.: Mashinostroenie, 1975. - 488 p.
7. Davidenko A. I., Psyuk V. V. Determination of the calculated resistance of endurance on the basis of the energy absorption parameter of the material // Vesnik of the Pridneprovsk Academy of Construction and Architecture. - 2002. -№ 1. - P. 10-16.
Information about the authors:
Davidenko Alexander Ivanovich -Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Architecture of Buildings and Structures of the State Educational Institution of the Lugansk People's Republic «Lugansk National Agrarian University», e-mail: a.david@ukr.net, 91008, LPR, the city of Lugansk-8, LNAU.
Davidenko Alexey Alexandrovich -Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Resistance of Materials and Theoretical Mechanics of the State Educational Institution of the Lugansk People's Republic «Lugansk National Agrarian Universi-ty», e-mail: alikdav@autlook.com, 91008, LNR, the city of Lugansk-8, LNAU.
Vysotskaya Natalia Dmitrievna -Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of technical disciplines of the Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», e-mail: natali.v-v@mail.ru, Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», 295492, Republik of Crimea, Simferopol, Agrarnoe.
65
