Расчет эквивалентных по повреждающему воздействию напряжений

Прогнозирование ресурса работы деталей — важнейшая задача диагностики их прочностной надежности. Для расчета долговечности деталей в условиях эксплуатации их реальное нагружение заменяют блочным, используя блок напряжений; находят эквивалентное напряжение, зная которое, по кривой усталости определяют число циклов до разрушения. Существующие в настоящее время методики расчета эквивалентного напряжения не учитывают процессы накопления усталостного повреждения в деталях, вследствие чего сумма относительных долговечностей по всем ступеням блока, в соответствии с гипотезой суммирования усталостных повреждений равная единице, по реальным данным имеет разброс более 100%. Для повышения точности прогнозных оценок долговечности эквивалентные напряжения необходимо рассчитывать с учетом процесса накопления усталостных повреждений в материале детали.
В статье впервые рассмотрены основные положения методики расчета эквивалентных напряжений, основанной на использовании кинетической теории усталости. Математический аппарат, разработанный путем анализа данных испытаний образцов на долговечность, позволяет определить исходную поврежденность материала, а предложенные модели обеспечивают расчет величины накопленных усталостных повреждений в процессе циклического деформирования детали на любой ступени блока напряжений. Методика проиллюстрирована на примере обработки данных малоцикловых испытаний образцов из стали HS80.
Разработанные модели и алгоритмы после нагружения детали конечным числом блоков изменения напряжений позволяют: рассчитывать накопленные к этому моменту усталостные повреждения в материале, с учетом которых можно определять эквивалентные напряжения; устанавливать соответствующую накопленным повреждениям новую кривую усталости; рассчитывать в заданных условиях эксплуатации остаточный ресурс детали.

Литература

[1] Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение. Москва, Мир, 1984, 624 с.

[2] Серенсен С.В., Шнейдерович Р.М., Гусенков А.П. Прочность при малоцикловом нагружении. Основы методов расчета и испытаний. Москва, Наука, 1975, 286 с.

[3] Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей машин. Москва, Высшая школа, 1991, 319 с.

[4] Даль В., ред. Поведение стали при циклических нагрузках. Москва, Металлургия, 1982, 568 с.

[5] Coffin L.F. A study of the effects of cyclic thermal stresses on a ductile metal. Trans. ASME, 1954, vol. 76, pр. 931—936.

[6] Manson S.S. A Complex Subject — Some Simple Approximations. ExperimentalMechanics, 1965, no. 3, pp. 193—226.

[7] Feltner C.E., Morrow J.D. Microplastic Strain Hysteresis Energy as a Criterion for Fatigue Fracture. Transactions of ASME, Series D, 1961, рр. 120—133.

[8] Paris P.C. Fracture Mechanics Approach to Fatigue, Sagamo r e Army Matls Research Conference . 10-th Fatigue-Interdisciplinary Approach — Proc. Aug. 13—16, 1963, рр. 320—323.

[9] Романов А.Н. Разрушение при малоцикловом нагружении. Москва, Наука, 1988, 282 с.

[10] Почтенный Е.К. Кинетическая теория механической усталости и ее приложения. Минск, Наука и техника, 1973, 213 с.

[11] Высоцкий М.С., Почтенный Е.К., Парфенович Е.О. Сопротивление усталости элементов конструкций при двухчастотном нагружении. Вестник машиностроения, 1995,№ 1, с. 3–6.

[12] Почтенный Е.К. Оценка циклической прочности деталей машин. Вестник машиностроения, 1969, № 9, с. 11—15.

[13] Сызранцев В.Н., Ильиных В.Н., Сызранцева К.В. Методика обработки данных малоцикловых испытаний гибких труб. Научно-технический вестник Поволжья, 2013, № 2, с. 228—232.