Телефон: +7 (383)-235-94-57

ОЦЕНКА В УСЛОВИЯХ НЕСТАЦИОНАРНОГО НАГРУЖЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ДИЗЕЛЬНОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ

Опубликовано в журнале: Инженерные решения №10(20)

Автор(ы): Анацкий Владислав Сергеевич

Рубрика журнала: Математические и компьютерное моделирование

Статус статьи: Опубликована 18 октября

DOI статьи: 10.32743/2658-6479.2020.10.20.377

Библиографическое описание

Анацкий В.С. ОЦЕНКА В УСЛОВИЯХ НЕСТАЦИОНАРНОГО НАГРУЖЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ДИЗЕЛЬНОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ // Инженерные решения: эл.научный журнал. –2020 – №10(20). URL: https://journaltech.ru/archive/20/377 (дата обращения: 29.11.2020). DOI: 10.32743/2658-6479.2020.10.20.377

Анацкий Владислав Сергеевич

ст. помощник руководителя полетами – ст. инструктор инструкторской группы (руководства полетами), филиал ВУНЦ ВВС «ВВА»,

РФ, г. Челябинск

 

ESTIMATION UNDER CONDITIONS OF NON-STATIONARY LOADING OF DIESEL POWER PLANT PARTS USING ACOUSTIC EMISSION

 

Vladislav Anatskii

senior assistant of control officer – senior instructor of group instructor (flight control),branch of Military Training Scientific Center of Military Air Force «Military Air Academy» in Chelyabinsk,

Russia, Chelyabinsk

 

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты исследования некоторых закономерностей акустической эмиссии (АЭ) при нестационарном нарушении энергосиловой установки ДГУ.

ABSTRACT

The article presents the results of a research of some regularities of acoustic emission (AE) in the case of non-stationary disturbance of the diesel-engined power generating unit.

 

Ключевые слова: нагружение, акустическая эмиссия, эксплуатация, детали машин, надежность, расчет.

Keywords: loading, acoustic emission, operation, machine parts, reliability, calculation.

 

Введение

Машины высокой надежности должны отвечать требованиям устойчивой работы продолжительное время в различных погодных и сезонных условиях. Для выполнения этих требований необходима проверка прочности деталей машин в нестационарных условиях. Характер нестационарных динамических процессов в машинах вибрационного принципа действия в большей мере определяет источник энергии, генерирующим возмущающие вибрационные нагрузки. От его свойств существенно зависит устойчивость рабочего режима. Теоретические и экспериментальные исследования выполнены в этом направлении и способствовали совершенствованию вибрационных машин и механизмов.

Методология исследования

Как правило, эксплуатационное нагружение деталей и конструкций энергосиловой установки является нестационарным и состоит из нескольких, различных по уровню, действующих нагрузок. Расчет надежности и долговечности в таких условиях основывается в большинстве случаев на линейной гипотезе суммирования повреждений

                                                                     (1)

где  – число циклов нагружения при напряжении σi одного из  уровней нагрузки;

 – долговечность при напряжении σi в условиях стационарного нагружения.

Уравнение относительных долговечностей может быть представлено в виде

                                                                   (2)

где a – безразмерный параметр прочности, отличающийся от единицы.

Введение параметра a вместо единицы является эксперементальной поправкой. По результатам работ [1, 4, 5] величина a в соответствии с формулой (2) изменяется от 0,03 до 10 и более.

Испытанию на усталость подверглись образцы из стали 40х10с2м в состоянии поставки. Нагружение образцов осуществлялось в резонансном режиме с использованием электродинамического вибростенда с фиксацией и контролем амплитуды колебаний на свободном конце.

При проведении исследований был реализован режим двухступенчатого изменения напряжений, при котором, имеет место наибольшее отклонение от линейной гипотезы суммирования повреждений (рис.1)

 

а)

б)

 

Рисунок 1. Диаграмма двухступенчатых испытаний образцов на усталость а) – А1> А2;  б) – А12

 

Первоначально при стационарном нагружении были получены участок кривой усталости в диапазоне удвоенной амплитуды колебаний A от 1,5 до 2,3 мм и соответствующая ему осредненная зависимость суммарного счёта АЭ, зарегистрированного к моменту разрушения  (рис. 2).

 

Рисунок 2. Кривая усталости образцов (1) и зависимость между удвоенной амплитудой колебаний и суммарным счетом АЭ к моменту разрушения

 

Анализ полученных результатов показал, что несмотря на существование достаточно тесных корреляционных связей  и  величины  и  связаны настолько слабо, что попытка предсказывать индивидуальную усталостную долговечность по зафиксированному в процессе нагружения суммарному счёту АЭ не даёт оптимальных результатов. Основная причина здесь заключается в большом рассеянии характеристик усталостной долговечности и ещё большем рассеянии значений суммарного счёта АЭ.

Вместе с тем на основе экспериментальных результатов удалось установить, что существует тесная корреляционная зависимость между суммарным счетом АЭ каждого образца, накопленным к моменту разрушения и суммарным счетом АЭ , зафиксированным в течении определенной начальной наработки t [4] .

Экспериментальные данные были обработаны статистически. При этом для различных уровней нагрузок получены следующие эмпирические уравнения регрессии:

(при А = 1,6 мм)                                          (3)

(при А = 2 мм)                                             (4)

где  – суммарный счёт АЭ, зафиксированный в течении времени в начальный момент нагружения (t = 2 мин);

 – суммарный счёт акустической эмиссии, соответствующий моменту разрушения.

Если за меру усталостного повреждения вместо циклового отношения  принять отношение суммарного счёта АЭ, зарегистрированного на одном из уровней нагрузки, к суммарному счёту АЭ, соответствующему моменту разрушения в условиях стационарного нагружения на данном уровне, то по аналогии с принципом линейного суммирования повреждений (1) условие разрушения для случая двухступенчатого нагружения может быть записано в виде:

                                                                     (5)

где  и  – соответственно суммарный счёт АЭ, зафиксированный регистрирующим устройством за время нагружения образцов при нагрузках, соответствующих амплитудам колебаний A1 и A2 для случая ступенчатого изменения нагрузки;

 и   – суммарный счёт АЭ, зарегистрированный к моменту разрушения образцов при неизменных в течении эксперимента значениях A1 и A2 соответственно.

Если линейность процесса накопления повреждений имеет место, то величина a в правой части уравнения (5) должна равняться 1.

Результаты проведенных исследований обрабатывались по формулам (1) и (5).

Численные значения , необходимые для подсчетов в соответствии с формулой (1), отобразили по кривой усталости (рис.2).

В случае суммирования повреждений, определенных в терминах относительных долговечностей, наблюдается существенное расхождение от линейной гипотезы суммирования повреждений. Значения сумм относительных долговечностей для всей совокупности изменялись в пределах 0,28…1,97.

Причем, предварительная «тренировка» приводит к некоторому упрочнению, т.е. к увеличению суммарной долговечности. Среднее значение сумм относительных долговечностей для такого режима нагружения составляет величину, равную 1,52. И, напротив, повреждение накапливается более интенсивно, чем это следует из линейной гипотезы, когда высокий уровень напряжений предшествует низкому (рис. 1а), что приводит к некоторому разупрочнению [2,3]. Среднее значение параметра a в формуле (1) в данном случае составляет 0,61.

Некоторым не наилучшим образом при суммировании повреждений, определенных в терминах АЭ, если значения суммарного счёта к моменту разрушения брать в виде средних для данного уровня значений, например, из графика (рис.2); среднее значение величины a в условиях (5) принимают значения от 1,6 до 23,5 для разных вариантов нагружения.

Однако, положение резко улучшается, если в знаменатели отношений левой части уравнения (5) подставить индивидуальные прогнозируемые значения Npi.

Первая из этих величин – Npi может быть найдена на начальном этапе нарушения (на первой ступени) по зафиксированному значению с использованием уравнений (3) и (4) для необходимого уровня напряжений.

Вторая величина – Np2 определяется по результатам аналогичных измерений Nt2 на начальном этапе нагружения после перехода на вторую ступень.

Оказывается, что определенная из (5) величина Np2 при условии a=1 тесно связана с Nt2. Для различных режимов нагружения полученные зависимости имеют следующий вид:

                                                     (6)

                                                     (7)

                                                     (8)

Зависимости (6) и (7) получены при нагружении образцов по схеме, изображенной на рис.1а, с предварительной наработкой на первой ступени  и  соответственно (– средняя долговечность для партии образцов при стационарных испытаниях на уровне нагружения с удвоенной амплитудой. A = 2 мм). Зависимость (8) соответствует схеме нагружения, например, в течении 2 минут, для соответствующих ступеней напряжений можно найти соответствующие им значения  и использовать их в формуле (5). В этом случае соответствие линейной гипотезе оказалось гораздо лучшим – среднее значение параметра a для различных программ нагружения составило 0,99.

Заключение

Полученные результаты дают возможность, в частности, решить задачу о прогнозировании момента разрушения индивидуальных конструктивных элементов, работающих в условиях нестационарного нагружения путём суммирования повреждений, определенных в терминах АЭ.

 

Список литературы:

  1. Вишняков Н.А., Грингауз Г.Д., Рудзей Г.Ф. О повышении усталостного ресурса по методу линейного суммирования повреждений. – Проблемы прочности, 1980, №3, с.32-35.
  2. Горячева И.Г., Добычин М.Н. Контактные задачи в трибологии. – М.: Машиностроение, 1984. – 256 с.
  3. Светлицкий В.А. Случайные колебания механических систем. – 2-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1991. – 320 с.
  4. Ткачев В.Н. Работоспособность деталей машин в условиях абразивного изнашивания. – М.: Машиностроение, 1995. 336 с.
  5. Трощенко В.Т., Шотт Г. Методика прогнозирования долговечности индивидуальных образцов в условиях многоступенчатого нагружения. – Проблемы прочности, 1979, №6 с.3-5.