Долговечность конструктивных элементов центрифуг с учетом поврежденности
Предлагается методика расчета и прогнозирования состояния ответственных элементов конструкций при малоцикловой усталости с учетом особенностей эксплуатационных режимов. Методика основана на концепции рассеянной повреждаемости и учете параметра поврежденности в системе определяющих уравнений на п...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Проблемы прочности |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112791 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Долговечность конструктивных элементов центрифуг с учетом поврежденности / Н.И. Бобырь, А.Е. Бабенко, Я.И. Лавренко, А.П. Халимон // Проблемы прочности. — 2014. — № 4. — С. 73-83. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859808267722555392 |
|---|---|
| author | Бобырь, Н.И. Бабенко, А.Е. Лавренко, Я.И. Халимон, А.П. |
| author_facet | Бобырь, Н.И. Бабенко, А.Е. Лавренко, Я.И. Халимон, А.П. |
| citation_txt | Долговечность конструктивных элементов центрифуг с учетом поврежденности / Н.И. Бобырь, А.Е. Бабенко, Я.И. Лавренко, А.П. Халимон // Проблемы прочности. — 2014. — № 4. — С. 73-83. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы прочности |
| description | Предлагается методика расчета и прогнозирования состояния ответственных элементов
конструкций при малоцикловой усталости с учетом особенностей эксплуатационных режимов. Методика основана на концепции рассеянной повреждаемости и учете параметра
поврежденности в системе определяющих уравнений на примере быстровращающихся элементов лабораторных центрифуг. Выполнены макро и микроструктурный анализ материала, а
также статические и циклические испытания образцов алюминиевого сплава 7075 (В95).
Результаты экспериментальных исследований сравниваются с теоретическими расчетами,
выполненными на базе метода конечных элементов (программный пакет ANSYS)
Запропоновано методику розрахунку і прогнозування стану відповідальних елементів конструкцій за малоциклової утоми з урахуванням особливостей експлуатаційних режимів. Методика базується на концепції розсіяної пошкодженості й урахуванні параметра пошкодженості в системі визначальних рівнянь на прикладі швидкообертових елементів лабораторних центрифуг. Виконано макро- і мікроструктурний аналіз матеріалу та статичні і циклічні випробування зразків алюмінієвого сплаву 7075 (В95). Результати експериментальних досліджень порівнюються з теоретичними розрахунками, що проведені на базі методу скінченних елементів (програмний пакет АNSYS).
We propose a new technique for calculation and assessment of the current state of heavy-duty structural elements under low-cycle fatigue in view of the operating mode specific features. The technique is based on the concept of dispersed damageability and the account of damage parameter in the system of governing equations on example of high-speed rotating components of laboratory centrifuges. Macroand microstructural analyses of the material are performed , as well as static and cyclic tests of 7075 (V95) aluminum alloy. The results of experimental studies are compared with theoretical calculations by the finite element method via the ANSYS software package.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:17:37Z |
| format | Article |
| fulltext |
ÓÄÊ 539.4
Äîëãîâå÷íîñòü êîíñòðóêòèâíûõ ýëåìåíòîâ öåíòðèôóã ñ ó÷åòîì ïîâðåæ-
äåííîñòè
Í. È. Áîáûðü, À. Å. Áàáåíêî, ß. È. Ëàâðåíêî
1
, À. Ï. Õàëèìîí
Íàöèîíàëüíûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò Óêðàèíû “Êèåâñêèé ïîëèòåõíè÷åñêèé èíñòèòóò”,
Êèåâ, Óêðàèíà
1 lavrenko.iaroslav@gmail.com
Ïðåäëàãàåòñÿ ìåòîäèêà ðàñ÷åòà è ïðîãíîçèðîâàíèÿ ñîñòîÿíèÿ îòâåòñòâåííûõ ýëåìåíòîâ
êîíñòðóêöèé ïðè ìàëîöèêëîâîé óñòàëîñòè ñ ó÷åòîì îñîáåííîñòåé ýêñïëóàòàöèîííûõ ðåæè-
ìîâ. Ìåòîäèêà îñíîâàíà íà êîíöåïöèè ðàññåÿííîé ïîâðåæäàåìîñòè è ó÷åòå ïàðàìåòðà
ïîâðåæäåííîñòè â ñèñòåìå îïðåäåëÿþùèõ óðàâíåíèé íà ïðèìåðå áûñòðîâðàùàþùèõñÿ ýëåìåí-
òîâ ëàáîðàòîðíûõ öåíòðèôóã. Âûïîëíåíû ìàêðî- è ìèêðîñòðóêòóðíûé àíàëèç ìàòåðèàëà, à
òàêæå ñòàòè÷åñêèå è öèêëè÷åñêèå èñïûòàíèÿ îáðàçöîâ àëþìèíèåâîãî ñïëàâà 7075 (Â95).
Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé ñðàâíèâàþòñÿ ñ òåîðåòè÷åñêèìè ðàñ÷åòàìè,
âûïîëíåííûìè íà áàçå ìåòîäà êîíå÷íûõ ýëåìåíòîâ (ïðîãðàììíûé ïàêåò ANSYS).
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ìàëîöèêëîâàÿ óñòàëîñòü, ðîòîð, äîëãîâå÷íîñòü, ïîâðåæäåííîñòü,
àëþìèíèåâûé ñïëàâ.
Ââåäåíèå. Áûñòðîâðàùàþùèåñÿ ýëåìåíòû êîíñòðóêöèé ðàçíîãî íàçíà÷åíèÿ
äîëæíû îòâå÷àòü ðÿäó òðåáîâàíèé, ãëàâíûå èç êîòîðûõ – îáåñïå÷åíèå íåîáõîäèìîé
äîëãîâå÷íîñòè è íàäåæíîñòè èõ ðàáîòû ñ ãàðàíòèåé áåçàâàðèéíîñòè è áåçîïàñíîñòè.
Ýòè òðåáîâàíèÿ äîëæíû áûòü îáîñíîâàíû âûñîêîé ñòåïåíüþ íàäåæíîñòè, ïîýòîìó
äëÿ áåçîïàñíîé ðàáîòû äîïîëíèòåëüíî èñïîëüçóåòñÿ çàùèòíàÿ îáîëî÷êà.
Öåíòðèôóãè ñ áîëüøèìè ñêîðîñòÿìè âðàùåíèÿ (äî 15000 îá/ìèí) ñëóæàò äëÿ
ðàçäåëåíèÿ ñìåñåé ðàçíîé ïëîòíîñòè è ÷àñòî ðàçðàáàòûâàþòñÿ êàê óíèâåðñàëüíûå
ïðèáîðû. Îíè âêëþ÷àþò ðàçíûå áûñòðîâðàùàþùèåñÿ ýëåìåíòû â âèäå ðîòîðîâ,
èìåþùèå øèðîêîå èñïîëüçîâàíèå. Áîëüøèå ðîòîðû ìàññîé äî 20 êã èñïîëüçóþòñÿ,
íàïðèìåð, â ñåïàðàòîðàõ êðîâè.
Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ áåçîïàñíîé ðàáîòû òàêèõ êîíñòðóêöèé óñòàíàâëèâàþò çàùèò-
íóþ îáîëî÷êó öåíòðèôóãè ñ äîñòàòî÷íî âûñîêèì çàïàñîì ïðî÷íîñòè è âåñîâûìè
ïîêàçàòåëÿìè. Ñíèæåíèå âåñà òàêèõ öåíòðèôóã âîçìîæíî çà ñ÷åò ïîâûøåíèÿ ïðî÷-
íîñòíûõ ñîñòàâëÿþùèõ íàäåæíîñòè èõ ðàáîòû.
Ðîòîð öåíòðèôóãè ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êðåñòîâèíó ñ ÷àøêàìè. Îïûò ýêñïëóà-
òàöèè ïîêàçûâàåò, ÷òî ðàçðóøåíèå ÷àøåê ïðîèñõîäèò â îáëàñòè èõ êðåïëåíèÿ íà
öàïôàõ è ïóòåì îòðûâà äíèùà. Ýòî ïîäòâåðæäàåòñÿ ñïåöèàëüíî ïîñòàâëåííûìè
ýêñïåðèìåíòàëüíûìè èññëåäîâàíèÿìè, â êîòîðûõ íàãðóæåíèå îñóùåñòâëÿëîñü ïðèëî-
æåíèåì ê äíèùó ñèëû. Äëÿ âûÿâëåíèÿ ïðè÷èí ðàçðóøåíèÿ ïðîâåäåí àíàëèç ñòðóê-
òóðû ñ ïîìîùüþ ìèêðîøëèôîâ è íàïðÿæåííî-äåôîðìèðîâàííîãî ñîñòîÿíèÿ (ÍÄÑ)
ìåòîäîì êîíå÷íûõ ýëåìåíòîâ. Ýòè èññëåäîâàíèÿ ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî íàè-
áîëåå âûñîêèå íàïðÿæåíèÿ íàáëþäàþòñÿ â ìåñòàõ êðåïëåíèÿ ÷àøåê, à îòðûâó äíèùà
ñïîñîáñòâóåò ñïåöèôè÷åñêàÿ ñòðóêòóðà, èìåþùàÿ òåõíîëîãè÷åñêîå ïðîèñõîæäåíèå.
Ñîâðåìåííûå ýêñïåðèìåíòàëüíî-òåîðåòè÷åñêèå ìåòîäû ïðîãíîçèðîâàíèÿ ðåñóð-
ñà êîíñòðóêöèé â îñíîâíîì áàçèðóþòñÿ íà äâóõ êîíöåïöèÿõ: áåçîïàñíîé ðàáîòå áåç
ìàêðîäåôåêòîâ è ðåãëàìåíòèðîâàííîì ðàçðóøåíèè [1, 2, 3].
 íàñòîÿùåå âðåìÿ âûñîêîýôôåêòèâíûå ñðåäñòâà äèàãíîñòèêè ïîçâîëÿþò çà-
ïóñêàòü â ýêñïëóàòàöèþ îòâåòñòâåííûå ýëåìåíòû êîíñòðóêöèé áåç ìàêðîäåôåêòîâ,
îñîáåííî â òåõ îòðàñëÿõ ìàøèíîñòðîèòåëüíîãî êîìïëåêñà, ãäå ðàçðóøåíèå ïðèâîäèò
© Í. È. ÁÎÁÛÐÜ, À. Å. ÁÀÁÅÍÊÎ, ß. È. ËÀÂÐÅÍÊÎ, À. Ï. ÕÀËÈÌÎÍ, 2014
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 4 73
ê òÿæåëûì êàòàñòðîôè÷åñêèì ïîñëåäñòâèÿì. Èñõîäÿ èç ýòîãî êîíöåïöèÿ èõ áåçîïàñ-
íîé ðàáîòû èìååò ñóùåñòâåííîå îáîñíîâàíèå, à ðàçðàáîòêà äîñòîâåðíûõ ìåòîäîâ
ïðîãíîçèðîâàíèÿ ðåñóðñà íà ñòàäèè çàðîæäåíèÿ ìàêðîòðåùèíû (ñîñòàâëÿåò ïðèáëè-
çèòåëüíî 70...90% îáùåãî ðåñóðñà) ÿâëÿåòñÿ ïåðñïåêòèâíûì íàïðàâëåíèåì â ìåõà-
íèêå äåôîðìèðóåìîãî òâåðäîãî òåëà.
Ýêñïëóàòàöèÿ ýëåìåíòîâ êîíñòðóêöèé ñîïðîâîæäàåòñÿ äåãðàäàöèåé ìåõàíè÷åñ-
êèõ ñâîéñòâ ìàòåðèàëà âñëåäñòâèå âîçíèêíîâåíèÿ îáúåìíûõ ðàññåÿííûõ ïîâðåæ-
äåíèé. Óäîáíûì äëÿ èíæåíåðíûõ ðàñ÷åòîâ ñ÷èòàåòñÿ ôåíîìåíîëîãè÷åñêèé ïîäõîä ê
îöåíêå âîçíèêíîâåíèÿ ïîâðåæäåíèé â âèäå êèíåòè÷åñêèõ äèàãðàìì ïîâðåæäåííîñòè,
êîòîðûé áàçèðóåòñÿ íà êîíöåïöèÿõ Ë. Ì. Êà÷àíîâà è Þ. Ì. Ðàáîòíîâà [4, 5].
Êîíêðåòèçàöèÿ ïàðàìåòðîâ ïîâðåæäåííîñòè è èõ ó÷åò â ñèñòåìå îïðåäåëÿþùèõ
óðàâíåíèé äàþò âîçìîæíîñòü ñóùåñòâåííî ïîâûñèòü äîñòîâåðíîñòü ðàñ÷åòà ïðîãíî-
çèðîâàíèÿ ïðåäåëüíûõ ñîñòîÿíèé è ðåñóðñíûõ õàðàêòåðèñòèê îòâåòñòâåííûõ ýëåìåí-
òîâ êîíñòðóêöèé ñ ó÷åòîì îñîáåííîñòåé èõ ýêñïëóàòàöèîííûõ ðåæèìîâ. Ýòî ïîçâî-
ëÿåò óñòàíàâëèâàòü äîñòîâåðíûå ñðîêè ïðîâåäåíèÿ ðåãëàìåíòíûõ è ðåìîíòíûõ ðàáîò
ñ èñïîëüçîâàíèåì ìåòîäîâ íåðàçðóøàþùåãî êîíòðîëÿ â çîíàõ íàèáîëåå âåðîÿòíîãî
âîçíèêíîâåíèÿ ìàêðîòðåùèíû [2].
Ðåñóðñ êîíñòðóêöèè ìîæåò áûòü îïðåäåëåí êàê ýêñïåðèìåíòàëüíûì, òàê è
ðàñ÷åòíûì ïóòåì. Äëÿ ïðîãíîçèðîâàíèÿ äîëãîâå÷íîñòè îòâåòñòâåííûõ ýëåìåíòîâ
êîíñòðóêöèé ïðîâîäÿò, êàê ïðàâèëî, êîìïëåêñ ýêñïåðèìåíòàëüíî-òåîðåòè÷åñêèõ èññëå-
äîâàíèé âûñîêîíàãðóæåííûõ ýëåìåíòîâ ñ îïðåäåëåíèåì ÍÄÑ è ñîîòâåòñòâóþùèõ
ýêñïåðèìåíòîâ íà îáðàçöàõ êîíñòðóêöèîííîãî ìàòåðèàëà.
Öåëüþ äàííîé ðàáîòû ÿâëÿåòñÿ èññëåäîâàíèå çàêîíîìåðíîñòåé íàêîïëåíèÿ ðàñ-
ñåÿííûõ ïîâðåæäåíèé è ïðåäåëüíîãî ñîñòîÿíèÿ áûñòðîâðàùàþùèõñÿ ýëåìåíòîâ êîí-
ñòðóêöèé íà ïðèìåðå ÷àøåê è ðîòîðîâ öåíòðèôóã, êîòîðûå ðàáîòàþò â óñëîâèÿõ
ïðîãðàììíîãî ìàëîöèêëîâîãî íàãðóæåíèÿ.
Íàïðÿæåííî-äåôîðìèðîâàííîå ñîñòîÿíèå. Ìîäåëèðîâàíèå ÍÄÑ ëàáîðàòîðíîé
öåíòðèôóãè ñ ÷àøêàìè ïðîâîäèëîñü ÷èñëåííûì ìåòîäîì ñ èñïîëüçîâàíèåì ïðîãðàì-
ìíîãî ïàêåòà ANSYS [6].
 ïåðâóþ î÷åðåäü ðàññìàòðèâàëèñü ðàñïðåäåëåíèÿ íàïðÿæåíèé è äåôîðìàöèé,
êîòîðûå âîçíèêàþò â âûñîêîíàãðóæåííûõ çîíàõ ÷àøåê ëàáîðàòîðíûõ öåíòðèôóã, â
çàâèñèìîñòè îò ñêîðîñòè âðàùåíèÿ ðîòîðà, áëèçêîé ê ðàáî÷èì ðåæèìàì. ×àøêè
ëàáîðàòîðíûõ öåíòðèôóã èçãîòîâëÿëèñü èç àëþìèíèåâîãî ñïëàâà ìàðêè 7075-Ò73.
×èñëåííîå ìîäåëèðîâàíèå ðàçðóøåíèÿ ÷àøêè îñóùåñòâëÿëîñü ïóòåì ïðèëîæå-
íèÿ ê äíèùó ðàñïðåäåëåííîé ñèëû (q Mr F� �2 , ãäå Ì – ìàññà ãðóçà; r – ðàññòîÿíèå
îò îñè âðàùåíèÿ ê öåíòðó ìàññ ãðóçà; � – ÷àñòîòà âðàùåíèÿ; F – ïëîùàäü äíà
÷àøêè). Áûëè îïðåäåëåíû ìàêñèìàëüíûå íàïðÿæåíèÿ è äåôîðìàöèè, êîòîðûå âîçíè-
êàþò â ÷àøêå ïîä äåéñòâèåì åå ñîáñòâåííîãî âåñà (M1 0 82� , êã) ñ ó÷åòîì ðàáî÷åé
ñêîðîñòè âðàùåíèÿ ðîòîðà ëàáîðàòîðíîé öåíòðèôóãè (ðèñ. 1,à,á). Çàòåì ïðîâîäèëè
ðàñ÷åò ñ ó÷åòîì ïîëåçíîãî ãðóçà Ì 2 0 8� , êã. Òîãäà ìàêñèìàëüíîå óñèëèå íà äíî
÷àøêè ñîñòàâèëî 37,2 êÍ. Ðàñïðåäåëåíèå íàïðÿæåíèé è äåôîðìàöèé äëÿ ýòîãî ýòàïà
ïðåäñòàâëåíî íà ðèñ. 1,â,ã.
Âî âñåõ ñëó÷àÿõ ìîäåëèðîâàíèÿ ÍÄÑ ìàêñèìàëüíûå íàïðÿæåíèÿ (ðèñ. 1,à,â)
íàáëþäàþòñÿ â òî÷êå êîíòàêòà öàïôû ðîòîðà è ÷àøåê ëàáîðàòîðíîé öåíòðèôóãè, ãäå
è ïðîèñõîäèò, êàê ïðàâèëî, ðàçðóøåíèå. Îñíîâíûå ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ïðè ðàçíûõ
íàãðóçêàõ ïðèâåäåíû â òàáë. 1.
Àíàëèç ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðåçóëüòàòîâ èññëåäîâàíèé. Äëÿ îöåíêè ïðåäåëü-
íîãî ñîñòîÿíèÿ áûñòðîâðàùàþùèõñÿ ÷àñòåé öåíòðèôóãè (íà ïðèìåðå ÷àøêè) ïðîâå-
äåí êîìïëåêñ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé ìèêðî- è ìàêðîñòðóêòóðû ðàçíûõ åå
çîí, ìåõàíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ìàòåðèàëà è äîëãîâå÷íîñòè. Ñõåìà âûðåçêè îáðàç-
öîâ äëÿ èññëåäîâàíèé ïîêàçàíà íà ðèñ. 2.
Í. È. Áîáûðü, À. Å. Áàáåíêî, ß. È. Ëàâðåíêî, À. Ï. Õàëèìîí
74 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 4
Äëÿ èññëåäîâàíèÿ ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ àëþìèíèåâîãî ñïëàâà 7075-Ò73 ïðè
ñòàòè÷åñêîì è ïðîãðàììíîì ìàëîöèêëîâîì íàãðóæåíèè èñïîëüçîâàëèñü îáðàçöû,
âûðåçàííûå èç ðàçíûõ çîí. Ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà îïðåäåëÿëèñü íà èñïûòàòåëüíîì
ñòåíäå MTS 810. Ðàçáðîñ óñðåäíåííûõ ïîêàçàòåëåé ïî ïðî÷íîñòè è ïëàñòè÷íîñòè
ïîêàçûâàåò ñòåïåíü óïðî÷íåíèÿ ìàòåðèàëà ïðè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè êàæäîé èç
çîí (òàáë. 2).
Äîëãîâå÷íîñòü êîíñòðóêòèâíûõ ýëåìåíòîâ öåíòðèôóã ...
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 4 75
Ò à á ë è ö à 1
Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ïðè ðàçíûõ íàãðóçêàõ
Íàãðóçêà, Í Íàïðÿæåíèå, ÌÏà Äåôîðìàöèÿ, %
8,2 141,1 0,06
37211,3 550,2 0,77
à á
â ã
Ðèñ. 1. Ðàñïðåäåëåíèå íàïðÿæåíèé (à, â) è äåôîðìàöèé (á, ã).
Ðèñ. 2. Ñõåìà âûðåçêè îáðàçöîâ. (Öèôðû ñîîòâåòñòâóþò çîíàì óïðóãîïëàñòè÷åñêîãî óïðî÷íå-
íèÿ ìàòåðèàëà ñîãëàñíî òåõíîëîãèè èçãîòîâëåíèÿ ìåòîäàìè øòàìïîâêè [7, 8].)
Àíàëèç ðåçóëüòàòîâ ðàñ÷åòîâ. Ïî ðåçóëüòàòàì ðàñ÷åòà ÍÄÑ èñõîäÿ èç êîíñòðóê-
òèâíûõ îñîáåííîñòåé ÷àøêè îïðåäåëÿëèñü òåîðåòè÷åñêèé êîýôôèöèåíò êîíöåíòðàöèè
íàïðÿæåíèé �� � 4 74, è íîìèíàëüíûå íàïðÿæåíèÿ � n â çîíàõ åå èçãèáà (ðèñ. 2).
Ñîãëàñíî óðàâíåíèÿì, ïðèâåäåííûì â [9], ýôôåêòèâíûå êîýôôèöèåíòû êîíöåíòðàöèè
íàïðÿæåíèé K � è äåôîðìàöèé K � ïðè � n �1 èìåþò ñëåäóþùèé âèä:
K Fm m m m
m m
n
m m
n
� �
�
�
�
�
� � �
� �� �
�
�
2 1 1
2 1
1 1
/ ( ) / ( )
/ ( )
( )/ ( ) ( )
;
( ) ( )mn m mn1 1
1
1
�
��
�
��
�
�
�
�
�
� ��
��
(1)
K Fm
n
m m m
m
n
m
� �
�� �
� �
� �� � �
�
2 1 1 1 1 1
2 1 1
/ ( ) ( )/ ( ) / ( )
/ ( ) ( )/ ( )
( ) ( )
( )
,
1
1 1
1
1
�
�
��
�
��
�
�
�
�
�
� �
m
n
n m mn
� ��
�
��
(2)
ãäå � n – îòíîñèòåëüíîå (ê ïðåäåëó ïðîïîðöèîíàëüíîñòè ìàòåðèàëà) íîìèíàëüíîå
íàïðÿæåíèå; m – ïàðàìåòð óïðî÷íåíèÿ ìàòåðèàëà; n – ïàðàìåòð ìàòåðèàëà, n� 0,5
[9]. Ïðè � n �11618, ÌÏà è m� 0 0672, ñîãëàñíî çàâèñèìîñòÿì (1) è (2) îïðåäåëåíû
K � � 3 93, è K � � 5 22, , à òàêæå ìàêñèìàëüíûå íàïðÿæåíèÿ ýêñïëóàòàöèîííîãî öèêëà
íàãðóæåíèÿ � max ,� 45612 ÌÏà. Ýòè íàïðÿæåíèÿ ïîñëóæèëè îñíîâîé äëÿ ìîäåëè-
ðîâàíèÿ êèíåòèêè íàêîïëåíèÿ ðàññåÿííûõ ïîâðåæäåíèé è ïðåäåëüíîãî ñîñòîÿíèÿ
ìàòåðèàëà ÷àøêè. Ïàðàìåòð óïðî÷íåíèÿ ìàòåðèàëà m îïðåäåëÿëñÿ èç ýôôåêòèâíîé
äèàãðàììû íàãðóæåíèÿ äëÿ îäíîîñíîãî íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ, ìåòîäèêà ïîñòðîå-
íèÿ êîòîðîé èçëîæåíà ðàíåå [10]. Ýêñïëóàòàöèîííîå íàãðóæåíèå âðàùàþùèõñÿ
÷àñòåé öåíòðèôóãè îïèñàíî â âèäå ñòàöèîíàðíîãî öèêëà ïðîãðàììíîãî íàãðóæåíèÿ
� �� �� �~ ,1 ãäå � � � t tö ö , ~ ~
� � � t tö ö – îòíîñèòåëüíûå äëèòåëüíîñòè íàãðóæåíèÿ
îáðàçöîâ ìàòåðèàëà ïðè ìàêñèìàëüíîì íàïðÿæåíèè öèêëà � max è íàãðóçêå–ðàçãðóç-
êå ñîîòâåòñòâåííî (ðèñ. 3). Âðåìÿ ñòàöèîíàðíîãî çíàêîïîñòîÿííîãî ïðîãðàììíîãî
öèêëà íàãðóæåíèÿ t ö ïðè ñðåäíåì íàïðÿæåíèè öèêëà � �m� max 2 ñîñòàâëÿëî 150 ñ,
âðåìÿ âûäåðæêè ïðè ìàêñèìàëüíîì íàïðÿæåíèè öèêëà � max – t ö � 130 ñ, ñóììàðíîå
âðåìÿ íàãðóçêè è ðàçãðóçêè –
~
t ö � 10 ñ.
Ïðîöåññ íàêîïëåíèÿ ïîâðåæäåíèé â ýòîì ñëó÷àå îïèñûâàåòñÿ ïî ïðèíöèïó
ñóïåðïîçèöèè íà îñíîâàíèè ëèíåéíîãî ñóììèðîâàíèÿ (êàê ïåðâîå ïðèáëèæåíèå) [11]:
N
N
t
t
R
RF
R
RC
� �1, (3)
ãäå N R , N RF – ÷èñëî öèêëîâ äî ðàçðóøåíèÿ (íà ñòàäèè çàðîæäåíèÿ ìàêðîòðåùèíû)
ïðè çàäàííîì íàãðóæåíèè (� �ö ö� �~ 1) è ïèëîîáðàçíîì (~� ö �1) öèêëå ñòàöèîíàð-
íîãî ìàëîöèêëîâîãî íàãðóæåíèÿ ñîîòâåòñòâåííî; tR , tRC – âðåìÿ äî ðàçðóøåíèÿ ïðè
N R â ñëó÷àÿõ ïðîãðàììíîãî íàãðóæåíèÿ (t t NR R� ö ) è ÷èñòîé èçîòåðìè÷åñêîé
ïîëçó÷åñòè ïðè ìàêñèìàëüíîì íàïðÿæåíèè öèêëà � max ñîîòâåòñòâåííî.
76 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 4
Í. È. Áîáûðü, À. Å. Áàáåíêî, ß. È. Ëàâðåíêî, À. Ï. Õàëèìîí
Ò à á ë è ö à 2
Ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè îáðàçöîâ àëþìèíèåâîãî ñïëàâà 7075
¹ çîíû óïðî÷íåíèÿ �0 2, , ÌÏà �max , ÌÏà �, %
1 448 517 17,9
3 447 517 11,7
5 461 533 13,8
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 4 77
Äîëãîâå÷íîñòü êîíñòðóêòèâíûõ ýëåìåíòîâ öåíòðèôóã ...
a
á
â
Ðèñ. 3. Ðàñ÷åòíûå (1) è ýêñïåðèìåíòàëüíûå (2) êðèâûå ìàëîöèêëîâîé óñòàëîñòè (à, â) è
ïîëçó÷åñòè (á) àëþìèíèåâîãî ñïëàâà ìàðêè 7075 ïðè ðàçëè÷íîì ðåæèìå íàãðóæåíèÿ: à, á –
�� �1; ⠖ ~ .� �� �� �1
Ïðè èñïîëüçîâàíèè ñêàëÿðíîãî ïàðàìåòðà ïîâðåæäåííîñòè D [4, 5] â êèíåòè-
÷åñêèõ óðàâíåíèÿõ ïîâðåæäåííîñòè äëÿ óñëîâèé ìàëîöèêëîâîé óñòàëîñòè è öèêëè-
÷åñêîé ïîëçó÷åñòè ñêîðîñòü íàêîïëåíèÿ ïîâðåæäåíèé îïðåäåëÿëàñü ÷åðåç íåîáðàòè-
ìóþ äåôîðìàöèþ áåç ðàçäåëåíèÿ íà äåôîðìàöèþ ïîëçó÷åñòè è äåôîðìàöèþ ïëàñ-
òè÷íîñòè (óñëîâèå öèêëè÷åñêîé âÿçêîïëàñòè÷íîñòè). Äëÿ îïèñàíèÿ ïðîöåññîâ ïðî-
ãðàììíîãî ìàëîöèêëîâîãî íàãðóæåíèÿ ïðè èíòåíñèâíîì íàêîïëåíèè îäíîñòîðîííèõ
íåîáðàòèìûõ äåôîðìàöèé óñëîâíî ðàçäåëÿëè çàêîíîìåðíîñòè íàêîïëåíèÿ ïîâðåæ-
äåíèé ïðè âûäåðæêå (� max ) è íàãðóçêå–ðàçãðóçêå (� �max min� ).
Íà ó÷àñòêå ïîëçó÷åñòè ñêîðîñòü íåîáðàòèìîé äåôîðìàöèè �
( )� ñ îïðåäåëÿëàñü
ñîãëàñíî ñòåïåííîìó çàêîíó Íîðòîíà äëÿ ïîëçó÷åñòè ñ ó÷åòîì ñêàëÿðíîãî ïàðàìåòðà
ïîâðåæäåííîñòè D:
�
( )
.( )�
�c
n
A D
�
�
��
�
��1
(4)
Áàçèðóÿñü íà îñíîâíûõ ïîëîæåíèÿõ òåðìîäèíàìèêè íåîáðàòèìûõ ïðîöåññîâ,
äëÿ óñëîâèé îäíîîñíîãî íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ êèíåòè÷åñêîå óðàâíåíèå ïîâðåæ-
äåííîñòè Ëåìåòðà èìååò âèä [12]
dD
B
D dt
n
n�
�
�
�
�
�
�� 2
21( ) ( ) èëè ( ) ,( )
*
1 2
2
0
�
�
�
�
��
�
�� D dD
B
dtn
n
t
tD �
(5)
ãäå B EA KCn n� �( ) / ( )2 1 2 ; E – ìîäóëü óïðóãîñòè; A, n, K , C – ïîñòîÿííûå ìàòå-
ðèàëà; t* � 0 – âðåìÿ öèêëà, ïî èñòå÷åíèè êîòîðîãî íà÷èíàåò ðàçâèâàòüñÿ ïðîöåññ
íàêîïëåíèÿ ïîâðåæäåíèé.
Ïîñëå èíòåãðèðîâàíèÿ (5) ïîëó÷èì
D n
B
t
n n
� �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
� �
1 1 3
2 1 3
( ) .
/ ( )
�
(6)
Êðèòè÷åñêîå çíà÷åíèå ñêàëÿðíîãî ïàðàìåòðà ïîâðåæäåííîñòè DR äëÿ óñëîâèé
ñëîæíîãî íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ ìîæíî îïðåäåëèòü èç óñëîâèÿ ïîäîáèÿ óäåëüíûõ
ýíåðãèé äåôîðìàöèè äëÿ ñëîæíîãî è îäíîîñíîãî íàïðÿæåííûõ ñîñòîÿíèé:
D DR R� �1
2
1
�
�
â
2~
, (7)
ãäå ~� – ýôôåêòèâíîå íàïðÿæåíèå; � â – ïðåäåë ïðî÷íîñòè; D R1 – ïðåäåëüíîå
çíà÷åíèå ïàðàìåòðà ïîâðåæäåííîñòè ïðè ëèíåéíîì íàïðÿæåííîì ñîñòîÿíèè.
Âðåìÿ äî ðàçðóøåíèÿ äëÿ óñëîâèé èçîòåðìè÷åñêîé ïîëçó÷åñòè (íà ñòàäèè çàðîæ-
äåíèÿ ìàêðîòðåùèíû) îïðåäåëÿåòñÿ èç óðàâíåíèÿ (6) ïðè óñëîâèè, ÷òî D D R� �1 1 è
t tR� :
t
n BR
n
�
�
�
�
�
�
�
1
3
2� ( )
. (8)
Äîëãîâå÷íîñòü ïðè çíàêîïîñòîÿííîé öèêëè÷åñêîé ïîëçó÷åñòè (ïèëîîáðàçíûé
öèêë íàãðóæåíèÿ) N RF óñëîâíî ñîñòîèò èç äâóõ ñîñòàâëÿþùèõ: ÷èñëà öèêëîâ
ýêñïëóàòàöèîííîãî íàãðóæåíèÿ N D , çà ïåðèîä êîòîðîãî ïðîèñõîäèò íàêîïëåíèå
78 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 4
Í. È. Áîáûðü, À. Å. Áàáåíêî, ß. È. Ëàâðåíêî, À. Ï. Õàëèìîí
ðàññåÿííûõ ïîâðåæäåíèé, è ñòàäèè æèâó÷åñòè N S (N N NRF D S� � ).  äàííîì
ñëó÷àå ðàññìàòðèâàåòñÿ òîëüêî ñîñòàâëÿþùàÿ ðåñóðñà N D , êîòîðàÿ äîñòèãàåò ïðè-
ìåðíî 80% îáùåãî ðåñóðñà [3, 9]. Ïðèíÿòî, ÷òî íàêîïëåíèå ïîâðåæäåíèé â ìàòåðèàëå
íà÷èíàåòñÿ ïî äîñòèæåíèè ìàêñèìàëüíûì íàïðÿæåíèåì � max â öèêëå çíà÷åíèÿ
ïðåäåëà âûíîñëèâîñòè � 1 äëÿ äàííîãî ìàòåðèàëà [ ( )]max max
( ) ( )� � � �� � 1 1
p p
ïðè
íà÷àëüíûõ óñëîâèÿõ t D� � �0 0. Äëÿ öèêëè÷åñêè ñòàáèëèçèðóþùåãîñÿ ñîñòîÿíèÿ
ìàòåðèàëà ïðè çíàêîïîñòîÿííîì öèêëå ìàëîöèêëîâîãî íàãðóæåíèÿ ñîãëàñíî òåðìî-
äèíàìè÷åñêîìó ïîäõîäó [12] êèíåòè÷åñêîå óðàâíåíèå ïîâðåæäåííîñòè èìååò âèä
�
( )
,
max ( )D
EL D
p�
�
�
2
22 1
(9)
ãäå � ( )p – ñêîðîñòü ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè; L – ïàðàìåòð ìàòåðèàëà.
Ïðè ýòîì íàêîïëåííàÿ ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ çà öèêë îïðåäåëÿåòñÿ òàê:
��
�
� �
( )
( ) ( ) .
p
p p
N
dt� �� �
1 öèêë
(10)
Òîãäà ïîâðåæäåííîñòü ìàòåðèàëà, íàêîïëåííàÿ çà öèêë íàãðóæåíèÿ, ñ ó÷åòîì
çàâèñèìîñòåé (9) è (10) ìîæåò áûòü çàïèñàíà â âèäå
�
�
�
�
D
N
Ddt
EL D
p� �
� �
( )
.
max ( )
2
2
1 2 1
�
öèêë
(11)
Ñîãëàñíî ýêñïåðèìåíòàëüíûì èññëåäîâàíèÿì [11] ñâÿçü ìåæäó �� ( )p è � max
óäîâëåòâîðèòåëüíî îïèñûâàåòñÿ ñòåïåííîé çàâèñèìîñòüþ. Ñ ó÷åòîì ïàðàìåòðà ïî-
âðåæäåííîñòè èìååì
��
�( ) max
( )
,p
m
C D
�
�
��
�
��1
(12)
ãäå m – ïàðàìåòð ìàòåðèàëà.
Ïîñëå èíòåãðèðîâàíèÿ óðàâíåíèÿ (11) ñ ó÷åòîì (12) ïðè óñëîâèè, ÷òî D D R� 1 ,
ïîëó÷èì
D
D
N
dN
C
EL
NR
N
p m m
D
D
1
0
2
2
2
� �� ��
�
�( )( ) ( )/� (13)
èëè
N
ELD
C
D
R
p m m
�
�
2 1
2 2( )
.
( ) ( )/��
(14)
Ïîäñòàâëÿÿ â óðàâíåíèå (13) òåêóùèå çíà÷åíèÿ ïîâðåæäåííîñòè D è N , à çàòåì
ñðàâíèâàÿ èõ ñ ïðåäåëüíûìè çíà÷åíèÿìè D R1 è N D , ìîæíî îïðåäåëèòü îñòàòî÷íûé
ðåñóðñ äî âîçíèêíîâåíèÿ ìàêðîòðåùèíû:
D D
N
NR
D
� 1 . (15)
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 4 79
Äîëãîâå÷íîñòü êîíñòðóêòèâíûõ ýëåìåíòîâ öåíòðèôóã ...
Íà îñíîâå ïðèíöèïà ñóïåðïîçèöèè ïðè ïðîãðàììíîì çíàêîïîñòîÿííîì ìàëî-
öèêëîâîì íàãðóæåíèè êèíåòè÷åñêîå óðàâíåíèå ïîâðåæäåííîñòè â óñëîâèÿõ ñëîæíîãî
íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ ïðèíèìàåò âèä
�
( )
( )
( )
( )
D
t R
EL D
t
A D
m
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
��
�
��
� ��ýêâ ýêâ
2
22 1 1
n
ïðè � �ýêâ ( ) .t 1 (16)
Çäåñü â êà÷åñòâå ýêâèâàëåíòíîãî íàïðÿæåíèÿ � ýêâ ( )t ïðèíÿòî âûðàæåíèå òèïà
Ïèñàðåíêî–Ëåáåäåâà [ ( ) ( ) ( ) ( )]� !� ! �ýêâ t t ti� � 1 1 [13], ãäå ! – ïàðàìåòð, îïðå-
äåëÿþùèé âêëàä â äåôîðìèðîâàíèå ñäâèãîâîé äåôîðìàöèè, ! � �� �
ò ò
( ) ( ) ; � ò
( )� ,
� ò
( ) – ïðåäåëû òåêó÷åñòè ìàòåðèàëà ïðè ðàñòÿæåíèè è ñæàòèè ñîîòâåòñòâåííî; � i –
èíòåíñèâíîñòü íàïðÿæåíèé; �1 – ìàêñèìàëüíîå (ñ ó÷åòîì çíàêà) ãëàâíîå íàïðÿ-
æåíèå; R � – ôóíêöèÿ âèäà íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ [12], ïðè îäíîîñíîì íàïðÿ-
æåííîì ñîñòîÿíèè R � � 1.
Ïîñëå ðàçäåëà ïåðåìåííûõ â çàâèñèìîñòè (16) è èíòåãðèðîâàíèÿ ïîëó÷èì
( )
( ) ( )
1
2
2
2
00
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�� �� D dD
t R
EL
t
A
m n
tD m
R � ��ýêâ ýêâ
��
�
��
n
dt (17)
èëè
D m n
t R
EL
t
A
m
� � �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
��
�
��
1 1 2 1
2
2
( )
( ) ( )� ��ýêâ ýêâ
nt
m n
dt
0
2 1
�
�
�
�
�
�
�
�
�
� �( )
. (18)
Èç óðàâíåíèÿ (18) îïðåäåëÿåòñÿ âðåìÿ äî ðàçðóøåíèÿ (íà ñòàäèè çàðîæäåíèÿ
ìàêðîòðåùèíû), åñëè ïðèðàâíÿòü D DR� , a t tR� :
� �ýêâ
2
0
2
2
1 1
m n m
m n
t
R
m nt R
EL A
dt
DR � � ��
�
�
�
�
�
�
�
�
�
( )
( )
( ) 1
2 1m n� �
. (19)
Äëÿ óñëîâèé èçîòåðìè÷åñêîé ïîëçó÷åñòè ïðè � �ýêâ ýêâ( ) ( ) maxt � èç (19) ñëåäóåò
t
D
m n
EL A
R
RC
R
m n m n
m n m
�
� �
� �
�
1 1
2 1
2
2 1
2
( ) ( ) ( )
( ) max� �ýêâ
. (20)
Èç óðàâíåíèÿ (16) ïðè ïðîãðàììíîì ïóëüñèðóþùåì ìàëîöèêëîâîì íàãðóæåíèè
ñ âûäåðæêîé � �ýêâ ýêâ( ) ( ) maxt � ïîëó÷èì
�
�
�
��D
N
R
EL D A D
d
m n
m n�
�
�
�
�
�
�
�
��
�
��
�
2 1
1
1
2
2( ) ( )
ýêâ
2 ýêâ
ýêâ
ýêâ
ýêâ
�
( ) ,max
( )max
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
��� 2
00
m n
t
dt (21)
ãäå �� ýêâ – ñêîðîñòü èçìåíåíèÿ ýêâèâàëåíòíîãî íàïðÿæåíèÿ â öèêëå ïðè íàãðóçêå
(ðàçãðóçêå), �� �ýêâ ýêâ� d dt.
Ïîñëå ðàçäåëåíèÿ ïåðåìåííûõ â (21) è èíòåãðèðîâàíèÿ ïîëó÷èì óðàâíåíèå, àíà-
ëîãè÷íîå ïðåäñòàâëåííîìó â [11]:
80 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 4
Í. È. Áîáûðü, À. Å. Áàáåíêî, ß. È. Ëàâðåíêî, À. Ï. Õàëèìîí
( )
( )
1
2
1 2
2 1
2
0
�
�
�
�
�
�
�
�
��
�
�� � �
�� D D
R
EL A m n
m n
D m nR
�
�� ýêâ max
max
�
( )
2
2
m n
m n
Rt N
�
��
�
�
�
�
�
�
�
�
ýêâ
ýêâ ö (22)
èëè
N
D
m n
EL A
R
R
R
m n m m
m n m
�
� �
� �
�
1 1
2 1
2 2
2 1
2
( ) ( ) ( )
( ) max� �ýêâ
2 1
1
m n
t
� �
�
�
�
�
�
�
�
( )
�
.
max�
�
ýêâ
ýêâ
(23)
Äëÿ èññëåäóåìîãî àëþìèíèåâîãî ñïëàâà ïàðàìåòðû ôåíîìåíîëîãè÷åñêîé ìîäå-
ëè ìàëîöèêëîâîé óñòàëîñòè ïðè ïðîãðàììíîì íàãðóæåíèè òàêîâû: E� 70175 ÌÏà;
L�153, ÌÏà; À� 646 ÌÏà"÷1/n; n�14 7, ; m�19 2, ; B� 6212, ÌÏà"÷1/n+2; C� 587,8
ÌÏà.
Èç óðàâíåíèÿ (23) ñëåäóåò âûðàæåíèå äëÿ äîëãîâå÷íîñòè N RF ìàòåðèàëà â
óñëîâèÿõ ïèëîîáðàçíîãî öèêëà (t� 0, � ö �1) ìàëîöèêëîâîãî íàãðóæåíèÿ:
N
D EL A
RF
R
m n m n
m n
�
� �
� �
[ ( ) ]( ) ( ) �
( ) max
1 1 22 1
2 1
�
�
ýêâ
ýêâ R m
�
. (24)
Èñïûòàíèÿ íà ìàëîöèêëîâóþ óñòàëîñòü ïðè ïèëîîáðàçíîì öèêëå íàãðóæåíèÿ
ïðîâîäèëè íà öèëèíäðè÷åñêèõ îáðàçöàõ â óñëîâèÿõ èçîòåðìè÷åñêîé ïîëçó÷åñòè è
ïðîãðàììíîãî ìàëîöèêëîâîãî íàãðóæåíèÿ.
Íà ðèñ. 3 ïðèâåäåíû äàííûå ñðàâíåíèÿ êðèâûõ ìàëîöèêëîâîé óñòàëîñòè, ïîëó-
÷åííûå ýêñïåðèìåíòàëüíî è ïóòåì ðàñ÷åòà ïî óðàâíåíèÿì (20), (23) è (24), äëÿ
ðàçíûõ ðåæèìîâ íàãðóæåíèÿ.
Êðèâûå óñòàëîñòè è äëèòåëüíîé ïðî÷íîñòè îáðàçöîâ àëþìèíèåâîãî ñïëàâà
ìàðêè 7075 (Â95) ïîñòðîåíû ïî ñòàíäàðòíîé ìåòîäèêå [14, 15].
Ìàêñèìàëüíîå ðàñõîæäåíèå ìåæäó ðàñ÷åòíûìè è ýêñïåðèìåíòàëüíûìè çíà÷å-
íèÿìè ÷èñëà öèêëîâ äî ðàçðóøåíèÿ ïðè ìàëîöèêëîâîé óñòàëîñòè äîñòèãàåò 1,39 ðàçà
(ðèñ. 3,à). Äîëãîâå÷íîñòü ïðè ïîëçó÷åñòè, ïîëó÷åííàÿ ðàñ÷åòíûì ïóòåì, â 2,36 ðàçà
ìåíüøå äîëãîâå÷íîñòè, ïîëó÷åííîé ýêñïåðèìåíòàëüíî (ðèñ. 3,á). Åñëè ðàññìàòðèâàòü
ïðîãðàììíîå íàãðóæåíèå (ðèñ. 3,â), òî ðàñõîæäåíèå â ñîîòâåòñòâóþùèõ çíà÷åíèÿõ
ñîñòàâëÿåò òðè ðàçà. Íà ðèñ. 4 ïðèâåäåíû êðèâûå äîëãîâå÷íîñòè àëþìèíèåâîãî
ñïëàâà ìàðêè 7075 ïðè ðàçíûõ ðåæèìàõ íàãðóæåíèÿ.
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 4 81
Äîëãîâå÷íîñòü êîíñòðóêòèâíûõ ýëåìåíòîâ öåíòðèôóã ...
Ðèñ. 4. Êðèâûå äîëãîâå÷íîñòè àëþìèíèåâîãî ñïëàâà ìàðêè 7075 ïðè ðàçíûõ ðåæèìàõ íàãðó-
æåíèÿ: 1 – ïîëçó÷åñòü; 2 – öèêëè÷åñêàÿ ïîëçó÷åñòü; 3 – ìàëîöèêëîâàÿ óñòàëîñòü.
 û â î ä û
1. Ïðîâåäåí êîìïëåêñ ýêñïåðèìåíòàëüíî-òåîðåòè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé áûñòðî-
âðàùàþùèõñÿ ÷àñòåé ëàáîðàòîðíûõ öåíòðèôóã ïî îïðåäåëåíèþ íàïðÿæåííî-äåôîð-
ìèðîâàííîãî ñîñòîÿíèÿ íàèáîëåå íàãðóæåííûõ èõ çîí è ìîäåëèðîâàíèþ îñíîâíûõ
ïðîöåññîâ êèíåòèêè íàêîïëåíèÿ ïîâðåæäåíèé â ìàòåðèàëå ñ ó÷åòîì ïàðàìåòðîâ
ìàëîöèêëîâîãî íàãðóæåíèÿ.
2. Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé ïîêàçàëè, ÷òî áëàãîäàðÿ ñíèæåíèþ óðîâíÿ êîíöåíò-
ðàöèè íàïðÿæåíèé â çîíå äíà ÷àøêè è â ìåñòå êðåïëåíèÿ åå ê ðîòîðó, à òàêæå
óñîâåðøåíñòâîâàíèþ òåõíîëîãèè èçãîòîâëåíèÿ ÷àøêè ìåòîäàìè ïëàñòè÷åñêîãî ôîðìî-
èçìåíåíèÿ (íàïðàâëåíèå òåêñòóðû ìåòàëëà äîëæíî ñîâïàäàòü ñ íàïðàâëåíèåì äåé-
ñòâèÿ ìàêñèìàëüíûõ ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèé) óäàëîñü ñóùåñòâåííî ïîâûñèòü
ïðî÷íîñòíóþ íàäåæíîñòü âñåé êîíñòðóêöèè.
3. Íà áàçå îñíîâíûõ ïîëîæåíèé òåðìîäèíàìèêè íåîáðàòèìûõ ïðîöåññîâ è
êîíòèíóàëüíîé ìåõàíèêè ïîâðåæäåííîñòè óñîâåðøåíñòâîâàíà ìîäåëü Ëåìåòðà, îïè-
ñûâàþùàÿ çàêîíîìåðíîñòè íàêîïëåíèÿ ïîâðåæäåíèé â ìàòåðèàëå, ïðè ïðîãðàììíîì
ìàëîöèêëîâîì íàãðóæåíèè â óñëîâèÿõ ñëîæíîãî íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ.
4. Ââåäåíèå ïàðàìåòðà ïîâðåæäåííîñòè â ñèñòåìó îïðåäåëÿþùèõ óðàâíåíèé
ìàëîöèêëîâîé óñòàëîñòè ïîçâîëÿåò áîëåå òî÷íî ïðîãíîçèðîâàòü äîëãîâå÷íîñòü íà
ñòàäèè çàðîæäåíèÿ ìàêðîòðåùèíû ïðè ïðîãðàììíîì íàãðóæåíèè â óñëîâèÿõ ñëîæ-
íîãî íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ.
5. Ïîëó÷åííàÿ îáîáùåííàÿ ôåíîìåíîëîãè÷åñêàÿ ìîäåëü ïîâðåæäåííîñòè òðå-
áóåò áîëåå øèðîêîãî ýêñïåðèìåíòàëüíîãî îáîñíîâàíèÿ ñ ó÷åòîì ìàñøòàáíîãî ôàê-
òîðà è àñèììåòðèè ìàëîöèêëîâîãî ïðîãðàììíîãî íàãðóæåíèÿ.
Ð å ç þ ì å
Çàïðîïîíîâàíî ìåòîäèêó ðîçðàõóíêó ³ ïðîãíîçóâàííÿ ñòàíó â³äïîâ³äàëüíèõ åëåìåíò³â
êîíñòðóêö³é çà ìàëîöèêëîâî¿ óòîìè ç óðàõóâàííÿì îñîáëèâîñòåé åêñïëóàòàö³éíèõ
ðåæèì³â. Ìåòîäèêà áàçóºòüñÿ íà êîíöåïö³¿ ðîçñ³ÿíî¿ ïîøêîäæåíîñò³ é óðàõóâàíí³
ïàðàìåòðà ïîøêîäæåíîñò³ â ñèñòåì³ âèçíà÷àëüíèõ ð³âíÿíü íà ïðèêëàä³ øâèäêîîáåð-
òîâèõ åëåìåíò³â ëàáîðàòîðíèõ öåíòðèôóã. Âèêîíàíî ìàêðî- ³ ì³êðîñòðóêòóðíèé
àíàë³ç ìàòåð³àëó òà ñòàòè÷í³ ³ öèêë³÷í³ âèïðîáóâàííÿ çðàçê³â àëþì³í³ºâîãî ñïëàâó
7075 (Â95). Ðåçóëüòàòè åêñïåðèìåíòàëüíèõ äîñë³äæåíü ïîð³âíþþòüñÿ ç òåîðåòè÷-
íèìè ðîçðàõóíêàìè, ùî ïðîâåäåí³ íà áàç³ ìåòîäó ñê³í÷åííèõ åëåìåíò³â (ïðîãðàìíèé
ïàêåò ÀNSYS).
1. Strackeljan J., Bobyr M., and Khalimon O. Bauteillebensdauer beim zyklischen
Kriechen mit der Berücksichtigung von Schädigungsprozessen // 10. Magdeburger
Maschinenbau-Tage (27–29 Sept. 2011).
2. Øòðàêåëüÿí É., Áîáûðü Í. È., Õàëèìîí À. Ï. Ïðîãíîçèðîâàíèå äîëãîâå÷íîñòè
ýëåìåíòîâ êîíñòðóêöèé ïðè öèêëè÷åñêîé ïîëçó÷åñòè ñ ó÷åòîì ïîâðåæäåííîñòè
// Âåñòí. ÍÒÓÓ “ÊÏÈ”. Ìàøèíîñòðîåíèå. – 2011. – ¹ 61. – Ñ. 66 – 75.
3. Òðîùåíêî Â. Ò., Ëåáåäåâ À. À., Ñòðèæàëî Â. À. è äð. Ìåõàíè÷åñêîå ïîâåäåíèå
ìàòåðèàëîâ ïðè ðàçëè÷íûõ âèäàõ íàãðóæåíèÿ. – Êèåâ: Ëîãîñ, 2000. – 570 ñ.
4. Êà÷àíîâ Ë. Ì. Î âðåìåíè ðàçðóøåíèÿ â óñëîâèÿõ ïîëçó÷åñòè // Èçâ. ÀÍ ÑÑÑÐ.
Îòä-íèå òåõí. íàóê. – 1958. – ¹ 8. – Ñ 26 –31.
5. Ðàáîòíîâ Þ. Í. Ïîëçó÷åñòü ýëåìåíòîâ êîíñòðóêöèé. – Ì.: Íàóêà, 1966. – 752 ñ.
6. Áàáåíêî À., Ëàâðåíêî ß. Âèçíà÷åííÿ íàïðóæåíî-äåôîðìîâàíîãî ñòàíó ÷àøêè
ëàáîðàòîðíî¿ öåíòðèôóãè ï³ä 䳺þ äèíàì³÷íîãî íàâàíòàæåííÿ // Ìàøèíîçíàâ-
ñòâî. – 2011. – ¹ 7-8. – Ñ. 7 – 10.
82 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 4
Í. È. Áîáûðü, À. Å. Áàáåíêî, ß. È. Ëàâðåíêî, À. Ï. Õàëèìîí
7. Îõðèìåíêî ß. Ì. Òåõíîëîãèÿ êóçíå÷íî-øòàìïîâî÷íîãî ïðîèçâîäñòâà. – Ì.:
Ìàøèíîñòðîåíèå, 1976. – 560 ñ.
8. Óíêñîâ Å. Ï. Ñîâðåìåííîå ñîñòîÿíèå êóçíå÷íî-øòàìïîâî÷íîãî ïðîèçâîäñòâà. –
Ì.: Ìàøãèç, 1961. – 434 ñ.
9. Ìàõóòîâ Í. À. Äåôîðìàöèîííûå êðèòåðèè ðàçðóøåíèÿ è ðàñ÷åò ýëåìåíòîâ
êîíñòðóêöèé íà ïðî÷íîñòü. – Ì.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1981. – 272 ñ.
10. Ëàâðåíêî ß. ². Äî ïèòàííÿ ïðî âèçíà÷åííÿ ðåñóðñó êîíñòðóêòèâíèõ åëåìåíò³â
ïðè çì³ííèõ íàâàíòàæåííÿõ // ³ñí. ÍÒÓÓ “Êϲ”. Ìàøèíîáóäóâàííÿ. – 2009. –
Âèï. 56. – Ñ. 88 – 92.
11. Lemaitre J. and Desmorat R. Engineering Damage Mechanics. – Springer, 2005. –
380 p.
12. Lemaitre J. A Course on Damage Mechanics. – Springer, 1996. – 228 p.
13. Ñîïðîòèâëåíèå ìàòåðèàëîâ / Ïîä ðåä. Ã. Ñ. Ïèñàðåíêî. – Êèåâ: Âèùà øê., 1986.
– 775 ñ.
14. ÃÎÑÒ 28785-90. Óëüòðàöåíòðèôóãè è ðîòîðû ïðåïàðàòèâíûå. Îáùèå òåõíè-
÷åñêèå òðåáîâàíèÿ è ìåòîäû èñïûòàíèé. – Ââåä. 01.01.1992.
15. ÃÎÑÒ 25.502-79. Ðàñ÷åòû è èñïûòàíèÿ íà ïðî÷íîñòü â ìàøèíîñòðîåíèè. Ìåòîäû
ìåõàíè÷åñêèõ èñïûòàíèé ìåòàëëîâ. Ìåòîäû èñïûòàíèé íà óñòàëîñòü – Ââåä.
01.01.1981.
Ïîñòóïèëà 18. 12. 2013
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 4 83
Äîëãîâå÷íîñòü êîíñòðóêòèâíûõ ýëåìåíòîâ öåíòðèôóã ...
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-112791 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0556-171X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:17:37Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бобырь, Н.И. Бабенко, А.Е. Лавренко, Я.И. Халимон, А.П. 2017-01-27T10:44:40Z 2017-01-27T10:44:40Z 2014 Долговечность конструктивных элементов центрифуг с учетом поврежденности / Н.И. Бобырь, А.Е. Бабенко, Я.И. Лавренко, А.П. Халимон // Проблемы прочности. — 2014. — № 4. — С. 73-83. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112791 539.4 Предлагается методика расчета и прогнозирования состояния ответственных элементов конструкций при малоцикловой усталости с учетом особенностей эксплуатационных режимов. Методика основана на концепции рассеянной повреждаемости и учете параметра поврежденности в системе определяющих уравнений на примере быстровращающихся элементов лабораторных центрифуг. Выполнены макро и микроструктурный анализ материала, а также статические и циклические испытания образцов алюминиевого сплава 7075 (В95). Результаты экспериментальных исследований сравниваются с теоретическими расчетами, выполненными на базе метода конечных элементов (программный пакет ANSYS) Запропоновано методику розрахунку і прогнозування стану відповідальних елементів конструкцій за малоциклової утоми з урахуванням особливостей експлуатаційних режимів. Методика базується на концепції розсіяної пошкодженості й урахуванні параметра пошкодженості в системі визначальних рівнянь на прикладі швидкообертових елементів лабораторних центрифуг. Виконано макро- і мікроструктурний аналіз матеріалу та статичні і циклічні випробування зразків алюмінієвого сплаву 7075 (В95). Результати експериментальних досліджень порівнюються з теоретичними розрахунками, що проведені на базі методу скінченних елементів (програмний пакет АNSYS). We propose a new technique for calculation and assessment of the current state of heavy-duty structural elements under low-cycle fatigue in view of the operating mode specific features. The technique is based on the concept of dispersed damageability and the account of damage parameter in the system of governing equations on example of high-speed rotating components of laboratory centrifuges. Macroand microstructural analyses of the material are performed , as well as static and cyclic tests of 7075 (V95) aluminum alloy. The results of experimental studies are compared with theoretical calculations by the finite element method via the ANSYS software package. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Долговечность конструктивных элементов центрифуг с учетом поврежденности Durability of Centrifuge Structural Components with Account of Their Damageability Article published earlier |
| spellingShingle | Долговечность конструктивных элементов центрифуг с учетом поврежденности Бобырь, Н.И. Бабенко, А.Е. Лавренко, Я.И. Халимон, А.П. Научно-технический раздел |
| title | Долговечность конструктивных элементов центрифуг с учетом поврежденности |
| title_alt | Durability of Centrifuge Structural Components with Account of Their Damageability |
| title_full | Долговечность конструктивных элементов центрифуг с учетом поврежденности |
| title_fullStr | Долговечность конструктивных элементов центрифуг с учетом поврежденности |
| title_full_unstemmed | Долговечность конструктивных элементов центрифуг с учетом поврежденности |
| title_short | Долговечность конструктивных элементов центрифуг с учетом поврежденности |
| title_sort | долговечность конструктивных элементов центрифуг с учетом поврежденности |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112791 |
| work_keys_str_mv | AT bobyrʹni dolgovečnostʹkonstruktivnyhélementovcentrifugsučetompovreždennosti AT babenkoae dolgovečnostʹkonstruktivnyhélementovcentrifugsučetompovreždennosti AT lavrenkoâi dolgovečnostʹkonstruktivnyhélementovcentrifugsučetompovreždennosti AT halimonap dolgovečnostʹkonstruktivnyhélementovcentrifugsučetompovreždennosti AT bobyrʹni durabilityofcentrifugestructuralcomponentswithaccountoftheirdamageability AT babenkoae durabilityofcentrifugestructuralcomponentswithaccountoftheirdamageability AT lavrenkoâi durabilityofcentrifugestructuralcomponentswithaccountoftheirdamageability AT halimonap durabilityofcentrifugestructuralcomponentswithaccountoftheirdamageability |