CC BY
113
ДИАГНОСТИКА И РЕМОНТ
УДК 629.5.016.8 СОКРАЩЕНИЕ ОБЪЕМА РЕСУРСНЫХ ИСПЫТАНИЙ РЕЗИНОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ АМОРТИЗАТОРОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ ЧИСЛЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
С.Ю. Никишов1, Г.В. Лепеш2
1 Открытое акционерное общество "Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения
"Малахит", 196135, Санкт-Петербург, ул. Фрунзе, д. 18;
2Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики (СПбГУСЭ),
191015, Санкт-Петербург, ул. Кавалергардская, 7, лит. А
Применяемый сейчас на практике порядок проектирования амортизаторов и контроля их параметров в процессе производства является дорогостоящим, требует значительных материальных и временных затрат, большого количества испытуемых образцов и не отвечает современным экономическим требованиям. Предложен и обоснован подход к подтверждению ресурса типоряда резинометаллических амортизаторов с подобными упругими элементами, выполненными из типовой амортизационной резины, на основе численного исследования их напряженно-деформированного состояния.
Ключевые слова: средства акустической защиты; вибрация; амортизатор; ресурсные испытания; напряженно-деформированное состояние.
REDUCTION OF VOLUME OF RESOURCE TESTS OF RUBBER-METAL SHOCK-ABSORBERS BY RESULTS OF PRELIMINARY NUMERICAL RESEARCHES
S.Y. Nikishov, G.V. Lepesh
Public Corporation Saint-Petersburg Marine Design Bureau «Malachite »,
196135, St.-Petersburg, street Frunze, 18;
St.-Petersburg state university of service and economy (SPbSUSE), 191015, St.-Petersburg, streetKavalergardsky, 7 A.
The order of design of shock-absorbers put now into practice and control of their parameters in the course of production is expensive, demands considerable material and temporary inputs, a large number of examinees of samples and does not meet modern economic requirements. The approach to confirmation of a resource of a standard row rubber of metal shock-absorbers with the similar elastic elements executed from standard amortization rubber, on the basis of numerical their research intense the deformed condition is offered and reasonable.
Keywords: means of acoustic protection; vibration; shock-absorber; resource tests; intense the deformed condition.
Естественное развитие современного общества приводит к большому количеству источников постороннего звука. Шум и вибрация являются той проблемой, с которой наиболее часто сталкиваются в рабочей зоне промышленных предприятий и на транспорте. Это может служить причиной, как профессиональных заболеваний обслуживающего персонала, так и усталостных повреждений конструкций.
Снижение уровней шума и вибрации невозможно без использования комплекса средств акустической защиты. Наиболее распространенными средствами являются резинометаллические
амортизаторы, которые нашли широкое применение в машинах и механизмах различного назначения.
Анализ современного состояния проектирования и производства резинометаллических амортизаторов в сложившихся рыночных экономических отношениях показал, что применяемый сейчас на практике порядок проектирования амортизаторов и последующего контроля их параметров в процессе производства является дорогостоящим, требует значительных материальных и временных затрат, большого количества испытуемых образцов и не отвечает современ-
ным экономическим требованиям. В результате этого получаемая продукция становится неконкурентоспособной, значительно увеличивается цикл ее освоения и внедрения в агрегатах машин и механизмов различного назначения.
Разработка типорядов перспективных высокоэффективных резинометаллических амортизаторов сопряжена с определением их характеристик, которые должны отвечать регламентированным требованиям [1]. Проведение ресурсных испытаний всех модификаций и типоразмеров испытываемых образцов, как правило, не представляется возможным вследствие их существенной продолжительности. Поэтому необходимо разработать подход, позволяющий оценивать ресурсные показатели создаваемых амортизаторов и значительно сократить как количество испытываемых образцов, так и время их испытаний.
В упругих элементах применяющихся различных резинометаллических амортизаторов обычно используются типовые амортизационные резины, имеющие близкие физико-механические свойства. При эксплуатации амортизаторы находятся под воздействием как постоянных, так и переменных нагрузок. Многолетний опыт эксплуатации и создания резинометаллических амортизаторов в судовой промышленности показывает, что если один амортизатор с наибольшими напряжениями, значения которых ниже допустимых, выдерживает полный цикл ресурсных испытаний, то и весь типоряд разрабатываемых амортизаторов также его выдержит, при условии, что наибольшие напряжения в каждом амортизаторе не будут превышать наибольшие значения, полученные при испытаниях.
На основании сказанного выше утверждения был предложен подход, который заключается в том, что по результатам решения взаимосвязанных задач: обобщения и описания физико-механических свойств типовых амортизационных резин и определения напряженно-деформированного состояния (НДС) резинометаллических амортизаторов осуществляется выбор наиболее напряженного в данном типоряде амортизатора, который и будет подвергнуты ресурсным испытаниям.
Далее были исследованы НДС резиновых элементов резинометаллических амортизаторов наиболее востребованных в судовых амортизирующих креплениях и охватывающих все конструктивные схемы и марки амортизационных резин. Для описания поведения резинового упругого элемента при больших деформациях и в условиях сложного НДС использован феномено-
логический подход, позволяющий применять полученные из простейших экспериментов характеристики физических свойств материалов к расчету конструкций, в которых реализуется сложное НДС [2].
Из значительного количества вариантов записи физических уравнений несжимаемых изотропных материалов [3 - 5] для расчета амортизаторов, работающих при умеренных деформациях, был выбран потенциал Муни-Ривлина
Ф = 3) + С2(12 ~ 3) ,
где I и 12 - инварианты деформаций; С] и С2 -коэффициенты, характеризующие свойства материала упругого элемента, которые были определены на основе экспериментальных данных по деформированию резин в условиях одноосного растяжения и сжатия. Предлагаемый подход был апробирован на примере амортизаторов АКСС-И [6].
Амортизаторы АКСС-И изготавливаются с различной металлической арматурой двух типов: безкозырьковый и козырьковый. Конструктивные отличия между этими типами были учтены при построении расчетных моделей в программном комплексе ANSYS. На рис.1 в качестве примера представлены две расчетные модели АКСС-25И и АКСС-400И.
а)
б)
Рисунок 1. Расчетные модели амортизаторов: а) -
АКСС-25И (безкозырьковый); б) - АКСС-400И (козырьковый)
Для определения характера деформаций и растягивающей, а также сдвиговой нагрузок. В
и наиболее напряженных участков как упругих, качестве примера на рис. 2 представлены карти-
так и металлической арматуры, а также сопо- ны распределения нормальных напряжений ох,
ставления с максимально допустимыми значени- ау, о2 которые возникают при действии сжимаю-
ями напряжений, было исследовано НДС амор- щей номинальной статической нагрузки в АКСС-
тизаторов в направлении главных осей кон- 25И.
струкции при действии статических сжимающей
Рисунок 2. Распределение нормальных напряжений ох (а, г), су (б, д) и сг (в, е), возникающих в упругом элементе АКСС-25И, при действии номинальной сжимающей и растягивающей нагрузок в направлении
главной оси конструкции 2
Аналогично были исследованы все типоразмеры и модификации АКСС-И.
Выбор наиболее напряженных типоразмеров АКСС-И произведен на основании сравнения напряжений, возникающих в упругих элементах при действии сжимающей, растягивающей и сдвиговой нагрузок.
В таблице 1, в качестве примера, приведено сопоставление нормальных с и касательных х напряжений, возникающих в упругом элементе амортизаторов двух типоразмеров при действии сжимающей и растягивающей номинальных нагрузок в направлении 2.
Аналогично получены значения нормальных и касательных напряжения, действующих в упругом элементе амортизаторов АКСС-И при действии сдвиговых нагрузок в других ортогональных направлениях X и У.
Таблица 1 - Нормальные и касательные напряжения, действующие в упругом элементе АКСС-И при действии сжимающей и растягивающей номинальных нагрузок в направлении 2
Из анализа расчетных данных (табл. 1), применительно к АКСС-25И и АКСС-400И следует, что при действии рассмотренных видов нагружения, наибольшие напряжения возникают в упругом элементе АКСС-25И. Так как амортизаторы АКСС-И имеют близкую геометрию, можно считать, что если амортизаторы с максимальными напряжениями (в данном случае, АКСС-25И) выдержат ресурсные испытания, то и другие типоразмеры (АКСС-И) также их выдержат. Это положение подтверждено результа-
тами проведенных ресурсных испытаний резинометаллических амортизаторов [7].
Таким образом, предлагаемый подход позволяет в минимальные сроки подтвердить работоспособность вновь разрабатываемых ти-порядов резинометаллических амортизаторов с подобными упругими элементами, выполненными из типовой амортизационной резины, без изготовления значительного количества опытных образцов, на основе предварительного исследования их напряженно-деформированного состояния в 1111 А№У8.
Литература
1. Беляковский Н.Г. Конструктивная амортизация механизмов, приборов и аппаратуры на судах. Л.: Судостроение, 1965.
2. Черных К.Ф., Литвиненкова З.Н. Теория больших упругих деформаций. - Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1988, 256 с.
3. Хорошев А.Н., Сухова Н.А. О влиянии вида функции упругого потенциала на характеристику резинометаллического амортизатора // Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 1976, № 10, с.21-25.
4. Бартенев Г.М., Вишницкая Л.А. Сравнение различных уравнений деформации сеточных полимеров с опытом.// Высокомолекулярные соединения, 1962, т. IV, № 9, с.1324 - 1332.
5. Черных К.Ф., Шубина И.М. Законы упругости для изотропных несжимаемых материалов, феноменологический подход. - В кн.: Механика эластомеров, Краснодар, 1977, т. 1, вып. 242, с.54 - 64.
6. ТУ 38 105 1953-90. Амортизаторы
резинометаллические АКСС-И. Технические условия.
7. Протоколы физико-механических испытаний по определению вибрационной прочности (ресурса) образцов резинометаллических корабельных амортизаторов АКСС, №№ 29-621-12 - 34/621-12: ФГУП "Крыловский государственный научный центр", 2012.
Типоразмер Область сжатия Область растяжения
25 4GG 25 4GG
сх, МПа 2,82 l,58 l,79 2,G3
су, МПа 2,8 Мб l,77 2,G3
сг, МПа 3,G6 l,72 l ,95 2,22
хХу, МПа G,G74 G,G9 G,G7 G,l
хХ2, МПа G,l7 G,l9 G,l7 G,l9
ху2, МПа G,l4 G,2l G,16 G,2
1Никишов Сергей Юрьевич, начальник сектора отдела акустического проектирования ОАО "СПМБМ "Малахит", тел.: +7(812) 242-15-76; e-mail: hell\[email protected];
2Лепеш Григорий Васильевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой "Машины и оборудование бытового и жилищно-коммунального назначения" СПбГУСЭ, тел. (812) 362-44-13, моб. +7 921 751 28 29, e-mail:[email protected].
