CC BY
11
А. В. КАРАСЕВ С. Л. КУЛАГО
Омский государственный технический университет
УДК 539.5:621.5
ПРИСТАВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛАСТИЧНОСТИ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПОНИЖЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
В СТАТЬЕ ОПИСАНА ПРИСТАВКА К РАЗРЫВНОЙ МАШИНЕ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕ-РИАЛбВ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ ДО - 60е С. ОХЛАЖДЕНИЕ ОБРАЗЦА ДОСТИГАЕТСЯ ЕГО ПОГРУЖЕНИЕМ В СПИРТ, ОХЛАЖДЕННЫЙ ЖИДКИМ АЗОТОМ. ДЛЯ СОЗДАНИЯ ОБЪЕМНОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ОБРАЗЦЫ С КОЛЬЦЕВЫМИ ПРОТОЧКАМИ. НАПРЯЖЕНИЯ В ШЕЙКЁ ОБРАЗЦА ВЫЧИСЛЯЮТСЯ НА ОСНОВЕ РЕШЕНИЯ ТЕОРИИ ПЛАСТИЧНОСТИ.
Оценка прочности деталей с трещинами или подобными им дефектами при низких температурах (до -50° С) выполняется, как правило, по критериям механики разрушения [1]. В силу ряда причин, в основном несоответствия условий лабораторных испытаний и реальных условий работы материалов, такие оценки носят весьма приближенный характер. Для повышения точности расчетов необходим поиск новых подходов, сближающих расчетные модели и явления, происходящие в деталях. Один из таких подходов разрабатывается в ОмГТУ. Принципиально его суть сводится к тому, чтобы вместо одного комплексного критерия механики разрушения рассматривать совокупность критериев, отражающих локальное состояние материала у вершины трещины [2]. Такими состояниями являются: упругое деформирование, переход в пластическое состояние, развитие пластических деформаций, исчерпание ресурса пластических деформаций и разрушение. Каждое из этих состояний хорошо описано в рамках континуального подхода, что позволило создать математическую модель процесса роста трещины.
Математическая модель содержит функцию предельной пластичности, определяющую взаимосвязь параметров пластической деформации с видом напряженного состояния. Под предельной пластичностью будем' понимать интенсивность пластических деформаций е; в момент разрушения. Построение этой функции вызывает значительные трудности, поскольку связано с необходимостью • испытания материалов при трехосном напряженном состоянии. Если при нормальных температурах экспериментальный материал подобного рода имеется в различных источниках, то при пониженных температурах сведения крайне скудны. Именно это обстоятельство побуждает создавать экспериментальную установку. При создании установки необходимо было решить следующие вопросы: выбор формы образца и способа его нагружения, способа охлаждения образца, обработки результатов испытаний.
Задача получения трехосного напряженного состояния в сколько-нибудь значительном объеме материала к настоящему времени все еще не решена. Немногочисленные предложенные способы непригодны для практического использования. Единственным способом, имеющим практическое применение, является растяжение цилиндрического образца с кольцевой проточкой. Варьируя глубину и форму проточки, можно в центре минимального сечения образца получить трехосное растяжение с различным соотношением главных напряжений. Именно для испытаний таких образцов сконструирована описываемая установка.
Для охлаждения образцов используются два приема: охлаждение в герметизированной камере и погружение в хладагент. Первый способ технически сложен, требует значительного расхода хладагента. Нами использован второй способ, как более простой. Испытываемый образец с резьбовыми головками устанавливается в специальные удлинители, которые с помощью головок соединяются с захватами испытательной машины. На нижний удлинитель надевается подвижный цилиндр, который может быть установлен так, что испытываемый образец окажется внутри цилиндра. После этого цилиндр заполняется гидролизным
Рис. 1. Приставка для испытания материалов при низких температурах:
1 - образец; 2 - верхний удлинитель; 3 - термометр; 4 -подвижный цилиндр; 5 - резиновое уплотнение;
6 - зажимная гайка; 7 - нижний удлинитель;
8 - головка удлинителя.
спиртом, охлажденным путем смешивания с жидким азотом до температуры -90" С. Герметичность соединения удлинителя и цилиндра обеспечивается резиновым уплотнением, которое затягивается до заполнения цилиндра охлажденным спиртом. При заполнении цилиндра спиртом происходит охлаждение образца, соединенных с ним удлинителей и цилиндра. Температура спирта контролируется термометром. В результате теплообмена температура спирта повышается примерно до -60° С, а образец охлаждается примерно до такой же температуры. Далее происходит медленное повышение температуры всех деталей, в том числе и образца. Для выравнивания температуры спирт в цилиндре периодически перемешивается. В целях уменьшения теплообмена с окружающей средой цилиндр снаружи оклеен пенопластом, а сверху закрыт разрезной крышкой также из пенопласта. При температуре -50° С производится испытание образца с записью диаграммы Р - Д1 (сила - (-50° С удлинение)).
Образцы из пластичных материалов, разрушающиеся с образованием шейки, а также образцы с кольцевыми проточками дают разрушение в виде чашечки: в центре поверхность разрушения перпендикулярна оси образца, на периферии составляет угол 45° с осью образца. Разрушение начинается в центральной части, поэтому для вычисления напряжений в этой зоне необходимо использовать максимальное усилие Ртн . Если г, радиус образца в наименьшем сечении шейки (или проточки), а К - радиус образующей в минимальном сечении, то согласно решению, приведенному в [3] для пластически деформированного образца компоненты напряженного состояния во всех точках, лежащих на окружности радиуса г в минимальном сечении, определяются выражениями:
2A 2-r-R
4R' P
r. , 2R 1
Приведенные формулы позволяют определить параметры напряженного состояния а0 и а. Для определения компонентов деформированного состояния использовалось значение остаточной деформации, определяемой по диаграмме. За базу при вычислении осевой деформации принималась лишь та часть образца, в которой напряжения достигали предела текучести. Окружная е„ и радиальная ег деформации определялись на основе допущения об их равенстве, которое в сочетании с условием не сжимаемости приводит к соотношению:
Ег = Е0 = Е?/2.
Описанная приставка позволяет получить некоторые данные для построения функции предельной пластичности.
Предварительные испытания подтвердили простоту исполь-зования установки и ее работоспособность.
Литература
1.Гуляев В.П., Кошелев П.Ф., Лыглаев A.B. Перспективные методы исследования хрупкого разрушения металлов. -М.: Наука, 1977.
2.Карасев A.B., Речкин А.В. Моделирование роста трещин в упругопластических телах без использования однопа-раметрических критериев механики разрушения. // Математические проблемы механики сплошных сред: Тез. докл. Школа - семинар. - Новосибирск, 1977.- С.68.
3.Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести. - М.: Машиностроение, 1975,- 443 с.
КАРАСЕВ Андрей Васильевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Сопротивление материалов» Омского государственного технического университета. КУЛАГО Сергей Львович, инженер, г. Сургут.
В.В.ЖИЛЬЦОВ Е. В. ШЕНДАЛЕВА
Омский научно-внедренческий центр «СибВПКнефтегаэ»
УДК 62-85:621:54
СИНТЕЗ ВЫСОКОТОЧНЫХ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ ДАВЛЕНИЯ
В ДАННОЙ СТАТЬЕ РАССМОТРЕНЫ ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА ПРИМЕНИТЕЛЬНО К МОДЕЛИРУЮЩИМ СТЕНДАМ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ АГРЕГАТОВ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И ТОПЛИВОПИТАНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК. ПРЕДЛОЖЕНЫ СХЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ И АЛГОРИТМ БЕСПОИСКОВОЙ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ С НЕЯВНОЙ ЭТАЛОННОЙ МОДЕЛЬЮ.
Для технологических целей современного наукоемкого машиностроения, в частности в испытательном производстве, необходимы высококачественные управляющие и регулирующие системы. Среди них важное место занимает система генерирования и регулирования давления воздуха, например, в составе моделирующих стендов для испытания агрегатов САУ и ТП ГТУ.
К таким электропневматическим системам предъявляются жесткие требования по диапазону регулирования (1:500 и более), точности регулирования давлений на установившихся (0,2 - 0,5%) и переходных (2,0 - 5,0%) режимах испытаний, причем в широком интервале изменения расхода воздуха (0 - 50 г/с).
Промышленные серийные системы такого класса отсутствуют. Существующие стендовые системы генерирования давления воздуха зачастую не обеспечивают испытание агрегатов с большим сбросом воздуха [1 ].
При создании системы регулирования давления воздуха в качестве исполнительного механизма использовался регулятор давления воздуха ЭПП-9, разработанный в Омском НИИД. ЭПП-9 предназначен для регулирования величины давления воздуха в технологических системах испытаний агрегатов САУ ГТУ [2] и наиболее полным образом удовлетворяет требованиям технологии испытаний: широкий диапазон регулирования и высокий верхний предел выходного давления, большие расходы газа по управляемому каналу, высокое быстродействие, сравнительно малый гистерезис.
Технические характеристики ЭПП-9:
давление питания, МПа 5,0
давление питания управляющего
элемента, МПа 2,5
давление выходное, МПа 0 - 4,5
давление в управляющей полости ЭПП, МПа 0,4 - 2,3
расход воздуха, г/с 0 - 70,0
эквивалентная постоянная
времени (Р = 35 МПа), с 0,7
полоса пропускания, Гц 0 - 50.
ЭПП-9 (рис. 1) состоит из управляющего элемента (поз. 1), выполненного на базе струйного реле модели 679Н (В), выполняющего преобразование входного тока 1у в давление в управляющей полости Ру, и пневматического усилителя мощности (поз. 2), преобразующего давление Ру в выходное давление Р>ь1Ж. Конструкция усилителя пневматической мощности обеспечивает автоматическое поддержание выходного давления, пропорционального управляющему давлению при изменяющейся нагрузке (сопротивлении воздушной линии).
На рис. 2 изображена статическая характеристика ЭПП-9, полученная при диаметре условного прохода на выходе с1у_ = 12 мм.
Аналитические и экспериментальные исследования позволяют сделать вывод о том, что ЭПП-9 совместно с присоединенными объемами описывается нелинейным звеном с передаточной функцией:
