Анализ трещиностойкости торсионных валов гусеничной машины при эксплуатационных нагрузках

В настоящее время системы подрессоривания корпуса, использующие в качестве упругих элементов подвесок торсионные валы, устанавливают на большинство современных гусеничных машин. Основным видом отказов таких систем является разрушение торсионов вследствие образования усталостных трещин, что приводит к выходу из строя узлов подвесок. Проведен анализ трещиностойкости торсионных валов серийного гусеничного шасси, на базе которого разработано семейство многоцелевых транспортных машин ГТ-ТМ, ГТ-ТМС и др. Исследование выполнено при эксплуатационном уровне нагружения для трещины, расположенной на цилиндрической части торсионного вала, плоскость которой ориентирована под углом к оси торсиона и совпадает с положением главных площадок напряженного состояния. В основу расчета трещиностойкости положен силовой критерий разрушения Ирвина. Вычисления максимального коэффициента интенсивности напряжений по фронту трещины проведены с применением метода конечных элементов в программном комплексе ANSYS. Представлены результаты анализа трещиностойкости в виде зависимостей критической глубины трещины от соотношения ее полудлины к глубине. Полученные данные могут быть использованы при определении остаточного ресурса торсионных валов гусеничных машин на базе рассматриваемого шасси.

Литература

[1] Партон В.З., Морозов Е.М. Механика упругопластического разрушения. Основы механики разрушения. Москва, Изд-во ЛКИ, 2008. 352 с.

[2] Тихомиров В.М., Суровин П.Г. Развитие усталостных трещин смешанного типа в образцах из стали. Прикладная механика и техническая физика, 2004, т. 45, № 1, с. 135–142.

[3] Fonte M., Gomes E., Freitas M. Stress Intensity Factors for Femi-Elliptical Surface Cracks in Round Bars Subjected to Mode I (Bending) and Mode III (Torsion) Loading. European Structural Integrity Society: Multiaxial Fatigue and Fracture, 1999, vol. 25, pp. 249–260.

[4] Lissenden C.J., Tissot S.P., Trethewey M.W., Maynard M.P. Torsion response of a cracked stainless steel shaft. Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 2007, vol. 30, no. 8, pp. 734–747.

[5] Ismail A.E., Ariffin A.K., Abdullah S., Ghazali M.J. Stress intensity factors under combined tension and torsion loadings. Indian Journal of Engineering and Materials Sciences, 2012, vol. 19, no. 1, pp. 5–16.

[6] Ismail A.E., Ariffin A.K., Abdullah S., Ghazali M.J. Stress intensity factors for surface cracks in round bar under single and combined loadings. Mechanics, 2012, vol. 47, no. 6, pp. 1141–1156.

[7] Морозов Е.М., Муйземнек А.Ю., Шадский А.С. ANSYS в руках инженера. Механика разрушения. Москва, ЛЕНАНД, 2010. 456 с.

[8] Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 543 с.

[9] Дубин Д.А., Наказной О.А., Смирнов И.А., Шлеев А.Н. Экспериментальное определение кинематических и силовых параметров нагружения элементов системы подрессоривания быстроходной гусеничной машины. Труды НАМИ, 2016, № 3(266), с. 45–53.

[10] Ковчик С.Е., Морозов Е.М., Панасюк В.В. Механика разрушения и прочность материалов. Т. 3. Характеристики кратковременной трещиностойкости материалов и методы их определения. Киев, Наукова думка, 1988. 436 с.