Модель прогнозирования релаксационной стойкости тарельчатых пружин по уровню сигналов акустической эмиссии Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

References

1. Vshivkov A. Ju., Legostaj I. V. i dr. Metodologija imitacii vneshnih vozdejstvij pri provedenii kompleksa termovakuumnyh ispytanij na primere nepilotiruemogo navigacionnogo kosmicheskogo letatel'nogo apparata // Novye materialy i tehnologii v raketno-kosmicheskoj tehnike : materialy I Vserossijskoj molodjozhnoj konfer-encii. g. Moskva, 2011.

2. Vshivkov A. Ju., Golovenkin E. N. Sovremennoe programmnoe obespechenie dlja avtomatizacii teplovyh processov pri provedenii termovakuumnoj otrabotki perspektivnyh KA // Reshetnevskie chtenija : мaterialy XV Mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii. g. Krasnojarsk, 2012.

© Вшивков А. Ю., Головенкин Е. Н., Колесников А. П.,

Ганенко С. А., 2013

УДК 621.983.777

МОДЕЛЬ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РЕЛАКСАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ ТАРЕЛЬЧАТЫХ ПРУЖИН ПО УРОВНЮ СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ

Г. А. Данилин\ Е. Ю. Ремшев1 , Д. В. Метляков2, Л. Г. Черный2, А. В. Титов1

1 Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д. Ф. Устинова Россия, 190005, г. Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, 1

2ОАО «Научно-производственное предприятие «Пружинный центр» Россия, 197342, г. Санкт-Петербург, Красногвардейский переулок, д. 23, литера Н

На основании результатов экспериментального исследования установлены закономерности изменения уровня сигналов акустической эмиссии в зависимости от наличия и развития дефектов, релаксационной стойкости и микроструктуры тарельчатых пружин на этапе их изготовления и предэксплуатационных испытаний, установлены критерии оценки микроструктуры титанового сплава ВТ23 на основе уровня сигналов акустической эмиссии. Построены двухфакторные математические модели прогнозирования для количественной оценки релаксационной стойкости тарельчатых пружин (из стали 60С2А и титанового сплава ВТ23) в зависимости от уровня сигналов акустической эмиссии.

Ключевые слова: прогнозирование, акустическая эмиссия, упругий элемент, релаксация, моделирование.

FORECASTING MODEL OF RELAXATION RESISTANCE OF BELLEVILLE SPRINGS ON THE LEVEL OF THE ACOUSTIC EMISSION SIGNALS

G. А. Danilin1, Е. Y. Remshev1, D. V. Metlyakov2, L. G. Cherniy2, А. V. Titov1

Baltic State Technical University «Voenmekh» named after D. F. Ustinov 1, 1-St Krasnoarmeyskaya str., Saint-Petersburg, 190005, Russia 2Scientific-Production Enterprise «Spring center» 23, letter N, Krasnogvardeysky pereulok, Saint-Petersburg, 197342, Russia

Based on the results of the experimental study of the regularities of changes in the level of acoustic emission signals depending on the availability and development of defects, relaxation resistance and microstructure of disk springs during their manufacture and preoperational tests, assessment criteria for the titanium alloy vt23 microstructure are developed on the basis of the level of acoustic emission signals. Two-factor mathematical models to predict the quantitative assessment of relaxation resistance disc springs (steel 60С2А and titanium alloy vt23 high) depending on the level of the acoustic emission signals are built.

Keywords: forecasting, acoustic emission, elastic element, relaxation, modeling.

Одним из основных показателей надежности и эффективности упругих элементов является релаксационная стойкость. Для тарельчатых пружин (ТП) это неизменность нагрузки сжатия в установленных пределах в течение заданного времени эксплуатации. Существующая методика оценки релаксационной стойкости ТП заключается в построении релаксационной кривой по результатам измерений силы поджа-тия при предварительной деформации пружины (для ТП 0,2 53, ГОСТ 3057) до и после циклических нагрузок. Количество циклов в интервале требуемых нагру-

зок назначается в соответствии с технической документацией на изделие. По результатам испытаний и изменению силы выборочной партии пружин делается вывод о релаксационных свойствах всей партии. Недостатками такой методики являются: 1) оценка релаксационной стойкости выборочной партии пружин и невозможность использования контрольной партии пружин для дальнейшей эксплуатации; 2) отсутствие возможности прогнозирования релаксационных свойств каждой пружины на длительный срок эксплуатации; 3) значительная трудоемкость и

Контроль и испытания ракетно-космической техники

энергозатраты, связанные с осуществлением контроля. На производстве в настоящее время практически не применяют неразрушающие методы оценки важнейших показателей по надежности и долговечности, неизменности основных характеристик, а также релаксационной стойкости на длительный период эксплуатации до 25-30 лет. Поэтому одной из важнейших задач является разработка методов количественной оценки (прогнозирования) эксплуатационных свойств упругих элементов на стадии предэксплуата-ционной подготовки изделия.

Результаты экспериментального исследования [1; 2] доказали наличие закономерностей между параметрами акустической эмиссии (АЭ) на этапе заневоли-вания и релаксационной стойкостью в процессе циклических испытаний ТП. Для количественной оценки (прогнозирования) релаксации ТП проведен планируемый многофакторный эксперимент, целью которого являлось построение математических моделей прогнозирования релаксационной стойкости ТП. Теория планирования эксперимента предполагает использование математических моделей, пригодных для любых экспериментов, т. е. для любых откликов и факторов [3-5]. Функцией отклика, характеризующей релаксационные свойства ТП, принята величина релаксации силы сжатия ТП (Я) при деформации

5 = 0,2 • :

Я =

( Р Л

1 _ конеч.

Р™

•100 %,

(1)

Жобщ72 - общее количество импульсов АЭ в процессе заневоливания ТП в течение 72 часов (занево-ливание). На каждую пружину устанавливали датчик АЭ и регистрировали сигналы АЭ (см. рисунок). Построение двухфакторных математических моделей проводили для двух типов ТП: из рессорно-пружин-ной стали 60С2А и титанового сплава ВТ23.

Т - время эксплуатации ТП - оценивали по количеству циклических нагружений (С); устанавливает максимально возможное количество 10 000 циклов для ТП 2-го класса. При эксплуатации ТП количество циклов в интервале рабочих нагрузок является эквивалентом времени эксплуатации (Т). Необходимо отметить, что на практике встречаются разные требования к эксплуатации ТП. У одних ТП в течение 25-30 лет эксплуатации вырабатывается максимально возможный ресурс 9 000-10 000 циклов, у других ТП за 25-30 лет эксплуатации вырабатывается меньшее число циклов (например, 3 000). Минимальное количество циклов (Сшт) принято равным 1-10 циклам (процесс подготовки и установки ТП в узел эксплуатации) (Т = 0 лет). Результаты двухфакторного планируемого эксперимента позволили построить уравнение регрессии для прогнозирования релаксационной стойкости ТП из рессорно-пружинной стали 60С2А:

Я = 2,22•Ю-2 + 1,42•Ю-2 • Жобщ.72 + + 2,14 • 10_2 • Т + 1,43 •Ю-2 • Мобщ712 • Т _

где Рначал - значение силы сжатия ТП при деформации 5 = 0,2 • 53, после операции «заневоливания» технологического процесса изготовления ТП; Рконеч -значение силы сжатия ТП при деформации 5 = 0,2 • 53 после 9 000 циклов в интервале циклических нагрузок 100...160 кН.

На основе анализа требований, предъявляемых к ТП, и результатов экспериментального исследования выделены основные факторы, влияющие на релаксацию силы (Я ). Факторы математической модели:

1) ^общ72 - общее количество импульсов АЭ N в

процессе заневоливания ТП в течение 72 часов;

2) Т - время эксплуатации ТП (эквивалентом которого является С - количество циклов в интервале нагрузок 100.160 кН).

_ 2,6•Ю-3 • N2общ.72 + 6•ю-

и титанового сплава ВТ23:

Я = 1,4 -10-5 + 9,7 -10-5 • N^.72 + +19,2•Ю-5 • Т + 6,4•Ю-5 • Nобщ.72 • Т--8,3•Ю-5 • N2общ.72 + 5,7•Ю-5 • Т2.

(2)

(3)

Для анализа полученных математических моделей прогнозирования релаксационной стойкости ТП из стали 60С2А и титанового сплава ВТ23 построены графические закономерности изменения функции отклика (релаксации ТП) от выбранных факторов (уровень сигналов на этапе заневоливания и время эксплуатации). На рисунке представлены регрессионные зависимости релаксационной стойкости (Я ) от уровня сигналов АЭ (^бщ 72).

а б

Графическая интерпретация закономерности изменения релаксационной стойкости ТП во времени: а - ТП из стали 60С2А; б - ТП из сплава ВТ23; 1 - релаксационная кривая ТП с максимальным уровнем сигналов АЭ; 2 - релаксационная кривая ТП с минимальным уровнем сигналов АЭ; 3 - экстраполяция релаксационной кривой

для ТП с запредельнь

Сделаны некоторые выводы:

1. Предложенная математическая модель позволяет на этапе технологического заневоливания по уровню сигналов акустической эмиссии рассчитать релаксацию пружин в течение заданного срока эксплуатации.

2. Экспериментальные результаты и математическое моделирование показали, что ТП из пружинной стали 60С2А с большей интенсивностью склонны к релаксации (R < 7 % ), чем из титанового сплава ВТ23( R < 2,2 %) при циклических испытаниях (9 000 циклов) в пределах нагрузок 100.. .160 кН.

3. Разработанная методика оценки релаксационной стойкости может быть использована в производстве пружин разных конструкций.

Математические модели прогнозирования релаксационной стойкости ТП являются составной частью методики оценки качества и прогнозирования релаксационной стойкости ТП методом АЭ [1; 2]. Разработанная методика имеет ряд преимуществ по сравнению с существующей: методика встраивается в технологический процесс изготовления тарельчатых пружин; проверке подвергается каждая ТП изготовленной партии; разработанная методика требует меньше временных, энергетических и материальных затрат; позволяет качественно оценить наличие дефектов в материале пружины; оценить уровень релаксационной стойкости ТП в течение длительного периода эксплуатации; рассчитать значение релаксации на определенном этапе эксплуатации; позволяет контролировать режимы термической обработки (оценивать величину зерна и состав фаз титанового сплава ВТ23).

уровнем сигналов АЭ

Библиографические ссылки

1. Данилин Г. А., Титов А. В., Ремшев Е. Ю. Методика прогнозирования релаксационной стойкости тарельчатых пружин на основе излучения сигналов акустической эмиссии // Металлообработка. 2011. № 2. С. 17-21.

2. Данилин Г. А., Метляков Д. В., Конев С. Ю., Черный Л. Г., Титов А. В., Ремшев Е. Ю. Оценка релаксационной стойкости тарельчатых пружин на основе метода акустической эмиссии // Деформация и разрушение материалов. 2012. № 3. С. 19-24.

3. Мышкис А. Д., Элементы теории математических моделей. 3-е изд., испр. М. : КомКнига, 2007. 192 с.

4. Блехман И. И., Мышкис А. Д., Пановко Н. Г. Прикладная математика: Предмет, логика, особенности подходов. С примерами из механики : учеб. пособие. 3-е изд., испр. и доп. М. : УРСС, 2006. 376 с.

5. Введение в математическое моделирование : учеб. пособие / под ред. П. В. Трусова. М. : Логос, 2004.

References

1. Danilin G. А., Titov А. V., Remshev Е. Y. Metal-loobrabotka. 2011. № 2. pp. 17-21.

2. Danilin G. А., Titov А. V., Remshev Е. Y. Defor-maciya i razrushenie materialov. 2012. № 3, pp. 19-24.

3. Mishkis A. D. Elementi teorii matematicheskih modelei. 2007, 192 p.

4 .Blehman I. I., Mishkis A. D., Panovko N. G. Prikladnaya matematika. URSS, 2006. 376 p.

5. Trusov P. V. Vvedenie v matematicheskoe modeli-rovanie. Logos, 2004. 425 p.

© Данилин Г. А., Ремшев Е. Ю., Метляков Д. В., Черный Л. Г., Титов А. В., 2013

УДК 621.384

К ВОПРОСУ ВЫПОЛНЕНИЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ КОРПУСОВ РАКЕТ

Б. А. Евтушенко

ОАО «Красноярский машиностроительный завод» Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 29. E-mail: kras@krasmail.ru

Рассматриваются возможные способы выполнения электронно-лучевой сварки на деталях, имеющих некачественную механическую обработку сварочных кромок.

Ключевые слова: сварка, ремонт.

TO THE ISSUE OF ELECTRON-BEAM WELDING PRODUCTION OF ROCKET BODIES

B. A. Evtushenko

JSC «Krasnoyarsk Machine-Building Plant» 29, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, Russia 660014. E-mail: kras@krasmail.ru

Possible ways to produce the electron beam welding to the parts with low-quality machining welding edges are presented.

Keywords: welding, maintenance.