WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 29 | 30 || 32 | 33 |   ...   | 42 |

0 0,5 1 1,5 2 2,5 Расстояние от края разлома х, мм Рис. 4.31. Изменение энергии активации пластической деформации с удалением от края трещины 85 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Расстояние от края разлома х, мм Рис. 4.32. Изменение микротвердости с удалением от края трещины 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 0,5 1 1,5 2 2,5 Расстояние от края разлома х, мм Рис. 4.33. Изменение структурно-чувствительного коэффициента с удалением от края трещины кДж/моль Энергия активации, Микротвердость, кгс/ммкоэффициент Структурно-чувствительный 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8 3,2 3,6 4 4,4 4,8 5,2 5,6 6 6,4 6,8 7,2 7,6 Расстояние от начала исследуемого участка, х а 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8 3,2 3,6 4 4,4 4,8 5,2 5,6 6 6,4 6,8 7,2 7,6 8 8,Расстояние от начала исследуемого участка, х б 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8 3,2 3,6 4 4,4 4,8 5,2 5,6 6 6,4 6,8 7,2 7,6 8 8,Расстояние от начала исследуемого участка, х в Рис. 4.34. Исследование образца №8, не доведенного до разрушения кДж/моль Энергия активации, кгс/ммМикротвердость, коэффициент Структурночувствительный Образец №4. Оценку активационОбразец ных характеристик проводили вдоль -х 0 +х UoII II Hµ образца (линии ОХ) на участке от UoI I II Х = 0 мм (край разлома) до I Hµ Х = +2,88 мм и Х = –2,88 мм. Рассто- А О X Тензодатчик яние от конца образца до края разлоРис. 4.35. Схема нанесения ма АО = 2930 мм (рис. 4.35). Рецарапин зультаты испытаний на участках I и II приведены на рис. 4.36-4.38.

17,Энергия активации, кДж/моль 16,5 U0II U0I 15,14,13,12,11, 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Расстояние от края разлома, х (-х) Рис. 4.36. Изменение энергии активации пластической деформации с удалением от края трещины HµII 95 Микротвердость, кгс/мм HµI 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Расстояние от края разлома, х (-х) Рис. 4.37. Изменение микротвердости с удалением от края трещины 0,0,Структурно-чувствительный коэффициент, кДж.мм2/моль.кгс II 0,I 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,32 0,64 0,96 1,28 1,6 1,92 2,24 2,56 2,Расстояние от края разлома, х (-х) Рис. 4.38. Изменение структурно-чувствительного коэффициента с удалением от края трещины По результатам исследований образцов алюминиевого сплава АМГ-3, подвергнутых виброиспытаниям, можно заключить следующее.

Характерным видом разрушения образцов при виброиспытаниях является излом. Возникновению трещин предшествует образование локальных очагов пластической деформации, характерных для усталостного механизма разрушения. При изнашивании это проявляется периодическим изменением u, и Нµ. Модифицированные участки, наблюдаемые у места заделки образцов, формируются в виде 1-2 полос шириной до 4-5 мм, вытянутых в поперечном направлении. Трещины зарождаются и растут в их средней части, о чем свидетельствует идентичная картина изменений энергии активации и микротвердости по мере удаления от края разлома. Расположение локальных очагов усталостной повреждаемости показано локальными всплесками величины энергии активации пластической деформации, показанными на рис. 4.34, а.

Модифицированные участки характеризуются повышенными значениями микротвердости и энергии активации, составляющими у края разлома Нµ=9499 кг/мм2 и U =1718 кДж/моль против соответственно 8486 кг/мм2 и 1213 кДж/моль на образцах в исходном состоянии (а также на участках испытанных образцов вдали от места заделки). Данные результаты свидетельствуют о том, что в ходе виброиспытаний образцов имеет место локальный процесс холодной пластической деформации, приводящий к наклепу и исчерпанию ресурса пластичности материала.

Оценка энергии активации пластической деформации в этой области при склерометрировании образцов в продольном и поперечном направлениях показала, что после виброиспытаний в поперечном направлении свойства материала изменяются незначительно, тогда как в продольном энергия активации повышается до 38%. Это свидетельствует о появлении в материале вторичных структур, ориентированных вдоль действия нагрузки. Выявление природы текстурирования материала (вытягивание зерен, появление диссипативных ориентированных структур и т. д.) требует дальнейших анализов.

Наиболее значительные структурные превращения в материале наблюдаются непосредственно вблизи трещины на расстоянии 0,мм от нее в обе стороны, что характеризуется резким повышением активационных характеристик материала. В этой зоне энергия активации в продольном направлении возрастает с 16 кДж/моль до кДж/моль, в поперечном – с 12 кДж/моль до 16 кДж/моль, структурно-чувствительный коэффициент изменяет значение от 0,кДжмм2/молькг до 0,18 кДжмм2/молькг.

Учитывая обширность области пластической деформации и ее роль в образовании усталостной трещины, механизм разрушения можно интерпретировать как малоцикловую усталость.

Аналогичные результаты были получены при виброиспытаниях образцов в режиме сложного спектра вибраций с наложением «белого шума» [81].

4.4. АНАЛИЗ ОБЩИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ УСТАЛОСТНОЙ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ И РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ Идея подобия закономерностей развития объемной и поверхностной усталости материалов высказывалась в работах [69, 100, 110, 181, 243 и др.].

Вышеприведенные исследования позволяют установить некоторые общие закономерности кинетики усталостной повреждаемости материалов при объемной и контактной усталости, а также при усталостном изнашивании, которые сводятся к следующим положениям, сформулированным на основе теории синергетики.

1. Существование синергетической системы локализовано в энергетическом фазовом пространстве. В этом свете причина усталостного разрушения заключается в достижении материалом некоторого предельного состояния в энергетическом фазовом пространстве под действием совокупности внешних и внутренних факторов. Это уводит поиск критериев усталостной прочности от частных механических (силовых и деформационных) показателей к обобщенным термодинамическим параметрам состояния. Кроме того, это положение требует анализа повреждаемого материала как синергетической системы и, соответственно, накладывает требование учета взаимных связей между внешними и внутренними процессами, протекающими на всех масштабных уровнях и на всех ступенях иерархии диссипативных систем.



2. В процессе усталостной повреждаемости материала в нем всегда наблюдается самоорганизация определенных диссипативных систем. Кинетика усталостного разрушения определяется двумя фундаментальными свойствами диссипативных систем: пространственной локализацией и длительностью существования. Размеры диссипативных систем зависят от размеров области, охваченной притоком энергии, в которой происходит самоорганизация характерных для данных условий диссипативных структур. Диссипативные системы, возникающие в результате усталостной повреждаемости, как правило, локализованы в поверхностных слоях, чему способствуют различные дефекты, наличие растягивающих остаточных напряжений, эффекты Ребиндера и др. Так, при усталостном изнашивании образуется характерный debris-слой толщиной 3…5 мкм; при контактной усталости толщина диссипативной системы может достигать от долей до нескольких миллиметров; при объемной усталости она охватывает размеры, сопоставимые с размерами детали.

Длительность «жизни» диссипативной системы определяется кинетикой изменения внутренней энергии материала. Наличие латентного «инкубационного периода» усталостной деградации материала характерно для усталостных процессов; его длительность в зависимости от условий может меняться на несколько порядков, обусловливая проявление широкого диапазона скоростей процессов: от лавинообразных (взрывоподобных) до кинетически заторможенных (квазистатических).

3. В процессе усталостной повреждаемости конструкционных материалов наблюдаются циклические изменения всех их основных свойств, каждое из которых является функцией времени, условий испытаний и др., поэтому критерием долговечности материалов при усталостной повреждаемости не может быть какая-либо одна характеристика. Эксперименты показали, что между микротвердостью, структурно-чувствительным коэффициентом и усталостной долговечностью не существует однозначной корреляции. Эмпирическая оценка усталостной прочности материалов определяется совокупностью трех основных показателей: исходного значения энергии активации пластической деформации, энергии активации разрушения материала и скорости (или интенсивности) роста энергии активации пластической деформации в заданных условиях эксплуатации.

4. В процессе повреждаемости система сопротивляется изменению начального состояния за счет самопроизвольной активации адаптационных (компенсационных) механизмов. При этом возрастает устойчивость системы к разрушающим воздействиям, которая проявляется в постепенном замедлении скорости роста энергии активации пластической деформации, что благоприятно отражается на усталостной долговечности материала. Физически это обусловлено увеличением микротвердости и образованием благоприятной структуры (текстурирования) поверхностного слоя. Однако в большинстве случаев нелинейность роста энергии активации мала и ее увеличение в процессе усталостной повреждаемости с приемлемой для практики точностью аппроксимируется линейной функцией.

5. Рост энергии активации пластической деформации при различных видах усталостной повреждаемости материалов подчиняется единой закономерности, которая может быть описана фундаментальными термодинамическими уравнениями (например, уравнением Гиббса) в предположении гипотезы существования локального равновесия. В обобщенной кинетической модели, полученной на основе структурно-энергетической теории прочности, учитывается вклад основных термодинамических процессов в накопление внутренней энергии системы. На основе привязки данной модели к конкретным условиям испытаний можно получить расчетные зависимости, используемые для разработки методик прогнозирования долговечности материалов и ускоренных испытаний элементов машин.

5. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СРОКОМ СЛУЖБЫ УЗЛОВ ТРЕНИЯ МАШИН В настоящее время российская промышленность располагает огромным парком технологических, энергетических и транспортных машин и установок, работающих в условиях высоких вибрационных нагрузок, трибовоздействий, сильных ионизирующих излучений, элементы которых подвержены преждевременному физическому старению и усталости, что проявляется в постепенной химической и структурной деградации, сопровождаемой потерей пластичности конструкционных материалов. С каждым годом растет число оборудования, выработавшего свой назначенный ресурс, эксплуатация которого без надежных критериев безопасности недопустима. Данная проблема приобрела в нашей стране особую актуальность в связи с высокой степенью изношенности аэрокосмических, наземных, судовых, трубопроводных и др. транспортных средств. 76% российских космических аппаратов, находящихся на околоземной орбите, включая искусственные спутники Земли, орбитальные группировки военного и гражданского назначения, полностью выработали технический ресурс [http://www.avias.com/news/2001/06/13/13362.html]. Согласно статистическим данным Департамента вагонного хозяйства ОАО «РЖД», по выработке ресурса подлежат исключению из инвентарного парка 12% грузовых вагонов, причем достаточно большое число грузовых вагонов вынужденно работают за пределами нормативного срока службы в нарушение действующих норм и правил. В сельском хозяйстве 85% зерноуборочной техники отработало назначенный технический ресурс (это почти все «Нивы», составляющие более 70% всего парка комбайнов, и свыше 80% «Донов») [http://dsnews.com.ua/archive/ print_ver.phpr_id =24&article_id=10411].





Технический ресурс выработан у 80% автобусного парка страны. 52% легковых автомобилей и 44% автобусов в России эксплуатируются больше 10 лет [http:// www.mtb.spb.ru/rus/ docums/private/ Analitics/ auto/ okt02/ bus.htmlID =13095]. Проблема усугубляется крайне низкими темпами обновления транспортных средств и отсутствием средств на их ремонт. В результате россияне сегодня в 10 раз чаще рискуют попасть в аварию, нежели любой европеец [http:// www2.interfax.ru /rus /news/ exclusive/ 050125/84429/story.html]. В нашей стране аварийность на транспорте стала одной из острейших социально-экономических проблем, которая представляет угрозу безопасности не только для граждан, но и для государства в целом, поэтому и решение проблемы должно проводиться на государственном уровне. Среди безотлагательных мер по повышению безопасности эксплуатации техники специалисты отмечают необходимость усиления контрольно-надзорных мер по регламенту эксплуатации технических средств на транспортных предприятиях.

Адекватным ответом на сложившуюся ситуацию является разработка и внедрение комплексной системы эксплуатации технических средств по их фактическому состоянию, получившей название системы управления сроком службы (УСС)4 [31, 32, 86, 177, 237, 191]. Под управлением сроком службы технических систем обычно понимают продление их эксплуатации до срока, определяемого физическим или моральным износом [124]. Однако задача продления срока эксплуатации является лишь частным аспектом применения системы УСС. Эта система, с одной стороны, позволяет максимально использовать внутренний резерв прочности элементов машин, если их остаточный ресурс превышает нормативный срок эксплуатации, а с другой – препятствует эксплуатации потенциально опасной техники, даже если её назначенный ресурс не выработан полностью. Таким образом, система УСС позволяет найти разумный компромисс между выгодой от продления эксплуатации технических систем сверх назначенного срока службы и высокими требованиями к их надежности и безопасности, реализуемый на основе бережного расходования и своевременного восстановления ресурсных характеристик. Целесообразность разработки и внедрения УСС технических систем определяется ценой их отказа, которая может иметь экономическую, политическую и моральную стороны. Последняя особенно относится к катастрофическим отказам, цена которых – человеческие жизни или серьёзное нарушение экосистемы. В эту категорию отказов входит выход из строя ответственных узлов трения транспортной техники: буксовых узлов и колесных пар железнодорожных вагонов, узлов трения двигателей и шасси самолетов, пар трения ходовой и тормозной систем автомобильного транспорта и др.

В нашей стране основной законодательной и руководящей базой для анализа технического состояния и оценки безопасности технических устройств (экспертизы промышленной безопасности) с истекшим нормативным сроком службы при продлении срока их эксплуатации В литературе также встречаются термины «управление ресурсом», «управление старением» и др.

являются: Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.1997 №116-ФЗ;

НГР:Р9703399 (Собрание законодательства Российской Федерации, 1997, №30, ст. 3588); Постановление Правительства Российской Федерации от 28.03.2001 №241; НГР:Р0100606 «О мерах по обеспечению промышленной безопасности опасных производственных объектов» (Собрание законодательства Российской Федерации, 2001, №15, ст. 1489) и Положение о порядке продления срока безопасной эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах (РД-03-484-02), утвержденное Постановлением Госгортехнадзора России от 09.07.2002 №43;

НГР:В0202152 (зарегистрировано Минюстом России 05.08.2002, № 3665).

Надо отметить, что в ряде отраслей эта проблема решается на высоком уровне. Например, на предприятиях атомной промышленности для оценки остаточного ресурса пользуются методиками, изложенными в руководящих документах концерна «Росэнергоатом»: МУ РД ЭО 0146-99, РД ЭО 0155-99, РД ЭО 0156-99, РД ЭО 0180-00, РД ЭО 0185-00, РД ЭО 0195-00. Разработаны и введены типовые положения по управлению ресурсными характеристиками и типовые технические требования к методикам оценки технического состояния и остаточного ресурса элементов энергоблоков АЭС. Внедряются и испытываются новые системы диагностики состояния оборудования первого контура и автоматизированного контроля остаточного ресурса («САКОР-М», «САДКО» и др.). Создаются программы комплексного обследования материалов, работающих в условиях радиации. Однако, как отметил председатель Госатомнадзора России Ю.Г. Вишневский [47], существующая система критериев пока не всегда позволяет оценивать все аспекты безопасности АЭС, поскольку скорость исчерпания ресурса является интегральной величиной и определяется совместным воздействием многих факторов.

Подробное руководство по продлению срока службы опасных объектов изложено в Постановлении №66 федерального горного и промышленного надзора России «О порядке продления срока службы технических устройств…» [199].

Pages:     | 1 |   ...   | 29 | 30 || 32 | 33 |   ...   | 42 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.