Проведено дослідження впливу спадкових дефектів, сформованих у поверхневому шарі виробів із металів гетерогенної структури, на якість оброблених фінішними методами поверхонь, побудовані на базі комплексного підходу, що спирається на результати детермінованої теорії розвитку дефектів і методи теорії ймовірностей. Оброблюваний шар виробу розглянуто як середовище, ослаблене випадковими дефектами, що не взаємодіють між собою: структурними змінами, тріщинами, включеннями, що визначають параметри яких є випадковими величинами з відомими законами їх ймовірнісного розподілу. Досліджено причини появи структурних змін, тріщиноутворення на оброблюваному поверхневому виробі залежно від різних типів імовірнісного розподілу розмірів: довжини, глибини залягання дефектів, їх орієнтації. З цих позицій розглянуто технологічні можливості їх усунення шляхом визначення галузі поєднань технологічних параметрів, що забезпечують необхідну якість оброблюваних поверхонь. Моделювання термомеханічних процесів в оброблюваної поверхні, що містить спадкові дефекти, проведено на підставі рівнянь термопружності з розривними граничними умовами в місцях їхнього скупчення. В дослідженнях використано апарат крайових задач рівнянь математичної фізики, метод сингулярних інтегральних рівнянь для розв'язку задач механіки руйнування, інтегральні перетворення Фур'є - Лапласа для одержання точних розв'язків, метод побудови розривних функцій. Отримано залежності, що визначають інтенсивність напружень у вершинах спадкових дефектів. Розроблено методику прогнозування характеру тріщиноутворення залежно від імовірнісного розподілу дефектів, значень теплового потоку, що надходить у поверхневий шар виробу, що обробляється. Встановлено, що збільшення однорідності матеріалу призводить до зростання значення теплового потоку, що відповідає фіксованій імовірності руйнування.

Індекс рубрикатора НБУВ: К206.223-1

Рубрики:

Утомна (циклічна) міцність (утома, витривалість) металів і сплавів

Шифр НБУВ: Ж24839 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: К206.223

Рубрики:

Утомна (циклічна) міцність (утома, витривалість) металів і сплавів

Шифр НБУВ: Ж29109 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Рентгенографічними дослідженнями встановлено товщину пластично деформованого шару за квазікрихкого руйнування шляхом поширення попередньо створеної втомної тріщини. Зроблено оцінку залишкових напружень другого роду, на основі чого обчислено питому енергію руйнування. Встановлено, що товщина пластично деформованого шару збігається з висотою нерівностей поверхні руйнування.

Проаналізовано результати теоретичних досліджень про відповідність числового значення критичної густини внутрішньої енергії значенню ентальпії плавлення та структурно-енергетичну аналогію між процесами механічного руйнування і плавлення. Фізичну картину поширення температурного поля, утвореного у момент зародження дефекту, розглянуто за припущення попередньо бездефектного досліджуваного об'єкта та того, що перерозподіл температури в об'ємі та на поверхні відбувається рівномірно. Здійснено аналітично-числове опрацювання надходження фронту теплової хвилі, яку створює елементарний дефект, який зростає, залежно від глибини його залягання. Отримані результати експериментальних досліджень за допомогою створеної системи контролю дали змогу наблизитись до прогнозування глибини залягання мікродефекту, що виникає внаслідок пластичної деформації. Виконані розрахунки опрацьовано та практично апробовано з розрахунку на подальше використання із системою зовнішнього імпульсного безконтактного контрольованого конвекційного енергетичного збурення.

Рассмотрены высокопроизводительные расчетные алгоритмы для компьютеров гибридной архитектуры для решения задач прогнозирования напряженно-деформированного состояния ответственных сварных конструкций с учетом зарождения и развития докритического разрушения металла по механизму малоцикловой усталости. Предложены алгоритмы применительно к характерным задачам анализа работоспособности сварных трубопроводных элементов с дефектами несплошности металла коррозионной природы.

Разработаны конструкция образцов и методики экспериментальной оценки усталостной долговечности многослойных наплавленных образцов при циклическом механическом нагружении. Конструкция образцов имитирует конструкцию реальных наплавленных деталей, что позволяет выполнять сравнительную оценку влияния химического состава основного металла и наплавленных слоев, а также техники и технологии наплавки отдельных валиков или слоев на их усталостную долговечность. Для исследований усталостной долговечности образцов были выбраны соответствующие схемы нагружения, которые с определенными допущениями воспроизводят циклические силовые нагрузки, характерные для реальных деталей: крупномодульных шестерен, нажимных винтов прокатных станов, прокатных валков, роликов МНЛЗ и т. д. Приведены результаты экспериментальных исследований циклической долговечности образцов по предлагаемым методикам. Установлено, что разработанные методики исследований целесообразно использовать для оценки усталостной долговечности различных деталей при выборе материалов, техники и технологии восстановительной или изготовительной многослойной наплавки.

Представлены результаты экспериментального исследования термоусталостного разрушения корсетных образцов из монокристаллического сплава ЖС32 в широком диапазоне изменения максимальных и минимальных температур цикла при различных кристаллографических ориентациях. На основе данных кристаллографического, фрактографического и конечноэлементного анализа проведена идентификация кристаллографической и некристаллографической мод разрушения монокристаллического сплава. Некристаллографическая мода реализуется при высоких максимальных температурах цикла и в сравнительно узком диапазоне температур. Для нее характерен рост трещин моды I. Кристаллографическая мода реализуется при меньших значениях максимальных температур и широком диапазоне изменения температуры цикла. Для нее характерен рост трещин смешанной моды I - II раскрытия берегов в кристаллографической плоскости {111}. Предложена карта механизмов разрушения в координатах максимальная температура-изменение температуры. Граница между областями допускает аппроксимацию, соответствующую уравнению Аррениуса.

Проаналізовано результати теоретичних досліджень про відповідність числового значення критичної густини внутрішньої енергії значенню ентальпії плавлення та структурно-енергетичну аналогію між процесами механічного руйнування і плавлення. Фізичну картину поширення температурного поля, утвореного у момент зародження дефекту, розглянуто за припущення попередньо бездефектного досліджуваного об'єкта та того, що перерозподіл температури в об'ємі та на поверхні відбувається рівномірно. Здійснено аналітично-числове опрацювання надходження фронту теплової хвилі, яку створює елементарний дефект, який зростає, залежно від глибини його залягання. Отримані результати експериментальних досліджень за допомогою створеної системи контролю дали змогу наблизитись до прогнозування глибини залягання мікродефекту, що виникає внаслідок пластичної деформації. Виконані розрахунки опрацьовано та практично апробовано з розрахунку на подальше використання із системою зовнішнього імпульсного безконтактного контрольованого конвекційного енергетичного збурення.

Дисертаційна робота присвячена розробці і експериментальному обґрунтуванню методів прогнозування довговічності та граничного стану металевих конструкційних матеріалів внаслідок багатоциклової (класичної) втоми за умов одновісного і двовісного комбінованого статичного та циклічного навантаження. У зв’язку з цим створено комплекс експериментального устаткування для дослідження опору втомі конструкційних матеріалів за умов симетричного і асиметричного навантаження розтягом-стиском, чистого згину з обертанням при розтягу в 39 широкому діапазоні температур, з контролем деформацій циклічної повзучості і кінетики втомного руйнування матеріалів. З його використанням виконано детальне експериментальне дослідження опору втомі вуглецевих, низько-, середньо- і високолегованих сталей, алюмінієвих, титанових сплавів, жароміцних нікелевих сплавів за умов симетричного і асиметричного розтягу-стиску, симетричного циклічного згину з розтягом при нормальній і високій температурах. На основі системного аналізу власних і запозичених результатів досліджень характеристик опору втомі широкого кола конструкційних матеріалів за умов симетричного і асиметричного розтягу-стиску, симетричного і асиметричного згину, симетричного і асиметричного кручення, комбінованого навантаження однорідними і різнорідними статичними і циклічними навантаженнями або різнорідними циклічними навантаженнями при нормальній і високих температурах визначений вплив температури, асиметрії циклу навантаження, двовісності навантаження на опір втомі матеріалів, встановлені характерні закономірності опору втомі у вигляді різних форм кривих втоми з наявністю або відсутністю фізичної межі втоми і діаграм граничних амплітуд напружень, встановлено різноплановий характер залежності циклічної міцності, довговічності і діаграм граничного стану конструкційних матеріалів в двох температурних діапазонах, межею яких є температури, рівні 0,55-0,60 температури їхнього плавлення, встановлені особливості циклічної повзучості при асиметричному навантаженні і високих температурах. Новизна роботи полягає в розробці методів прогнозування довговічності і граничного стану при одновісному асиметричному і двовісному комбінованому навантаженні широкого кола конструкційних матеріалів, які грунтуються на сформульованій гіпотезі існування для кожного матеріалу єдиної діаграми граничного стану в нормованій системі координат, інваріантної щодо числа циклів до руйнування, і на концепції еквівалентних напружень, що дозволяє асиметричні цикли навантаження звести до еквівалентних за числом циклів до руйнування симетричним циклам. Виходячи з гіпотези існування єдиних діаграм граничного стану, вперше побудовані одномірні і двомірні моделі граничного стану при одновісних асиметричних і двовісних симетричних циклах навантаження у формі степеневих трансцендентних функцій, що дозволяють описати будь-який вид граничних діаграм - увігнутих, лінійних, близьких до лінійних або опуклих. Розроблено методику визначення функцій і матеріальних констант моделей на основі стандартних випробувань на короткочасну міцність, втому при симетричному циклі навантаження та одиничному базовому експерименті при віднульовому циклі навантаження. З використанням розроблених моделей вирішені і експериментально апробовані задачі з розрахунку втомної довговічності, граничного стану та фізичної межі втоми циліндричних призматичних і тонкостінних трубчастих зразків з вуглецевих сталей, алюмінієвих і титанових сплавів, теплостійких, жаростійких і жароміцних сталей і сплавів за умов одновісного асиметричного розтягу-стиску, асиметричного циклічного згину, асиметричного циклічного кручення та в умовах двовісного комбінованого синфазного навантаження циклічним розтягом-стиском і циклічним крученням, циклічним згином і циклічним крученням. Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці нового підходу, який базується на експериментально встановлених закономірностях втоми і довговічності конструкційних матеріалів з подальшим числовим оцінюванням впливу напружено-деформованого стану, температури та комбінації напружень на характеристики втоми, довговічність та граничний стан матеріалів; у розробці на основі аналітичної та експериментальної інформації оптимального варіанту моделі граничного стану та втомного руйнування, яка дозволяє при мінімальному обсязі експерименту, мінімальних витратах часу та зусиль з високою точністю розраховувати та прогнозувати граничний стан, довговічність, фізичну межу втоми матеріалів за умов асиметричного одновісного та комбінованого двовісного навантаження. Результати дисертації було використано в роботі ДП „Конструкторське Бюро „Південне” ім. М.К.Янгеля” (акт №1 від 19.12.2016 p., довідка наукового консультанта).

Рентгенографічними дослідженнями встановлено товщину пластично деформованого шару за квазікрихкого руйнування шляхом поширення попередньо створеної втомної тріщини. Зроблено оцінку залишкових напружень другого роду, на основі чого обчислено питому енергію руйнування. Встановлено, що товщина пластично деформованого шару збігається з висотою нерівностей поверхні руйнування.

Представлено наукові засади розробки методології оцінення професійного ризику на механізованих процесах в агропромисловому комплексі (АПК) України, що має бути покладено в основу системи відстеження потенційних небезпек в аграрній галузі на базі ризик-орієнтованого підходу. Показано необхідність урахування наявності експлуатаційних дефектів різного розміру в деталях вузлів тракторів і самохідних сільськогосподарських машин після тривалих термінів експлуатації для одержання ймовірнісних характеристик небезпеки подальшої роботи мобільної сільськогосподарської техніки. Здійснено моделювання травмонебезпечних ситуацій, що виникають під час експлуатації тракторів і самохідних сільськогосподарських машин. Наведено обгрунтування прийнятного (допустимого) рівня ризику використання мобільної сільськогосподарської техніки з експлуатаційними пошкодженнями деталей та елементів конструкцій.

Індекс рубрикатора НБУВ: К206.223

Рубрики:

Утомна (циклічна) міцність (утома, витривалість) металів і сплавів

Шифр НБУВ: Ж29109 Пошук видання у каталогах НБУВ 

На основі енергетичного підходу розроблені розрахункові моделі для визначення періоду докритичного росту коротких втомних тріщин у пружно-пластичних тілах за дії силових і фізико-хімічних чинників. Результати порівняні з відомими літературними даними.

Проанализированы основные закономерности рассеянного и локализованного усталостного повреждения металлов и сплавов. На основе анализа закономерностей распространения коротких и длинных трещин предложены и обоснованы методы определения критериев перехода от рассеянного к локализованному усталостному повреждению. Один из методов основан на анализе кинетики роста коротких усталостных трещин, оцениваемых либо по зависимости их размера, либо по скорости роста от числа циклов нагружения. За критерии перехода в этом случае принимаются размеры трещин и число цикчов нагружения, соответствующие моменту более интенсивного увеличения скорости роста трещины. При переходе от рассеянного к локализованному усталостному повреждению при напряжениях выше предела выносливости изменяются форма и параметры уравнения, описывающего размер трещины в зависимости от числа циклов нагружения. Другой метод базируется на анализе изменения скорости распространения короткой трещины в зависимости от коэффициента интенсивности напряжений. В качестве критерия перехода от рассеянного к локализованному усталостному повреждению в данном случае используются размах коэффициента интенсивности напряжений и соответствующий ему размер трещины, при котором коэффициент интенсивности напряжений начинает меняться с увеличенной скоростью. С использованием разработанных методов определены размеры трещин и число цикчов нагружения, соответствующие переходу от рассеянного к локализованному усталостному повреждению углеродистых, легированных, аустенитных сталей и алюминиевого сплава с учетом уровня напряжений и свойств исследованных материалов. Установлено, что размеры усталостных трещин, соответствующие указанному переходу при напряжениях выше предела выносливости, уменьшаются с увеличением напряжений и остаются меньшими, чем размеры трещин на пределе выносливости. Показано, что размеры магистральных трещин коррелируют с величиной предела выносливости исследованных материалов, уменьшаясь с ее повышением.

Індекс рубрикатора НБУВ: К206.223

Рубрики:

Утомна (циклічна) міцність (утома, витривалість) металів і сплавів

Шифр НБУВ: Ж61773 Пошук видання у каталогах НБУВ 

После окончания нормативного срока службы многие из ответственных сварных конструкций продолжают свою работу, в связи с чем возникает необходимость продления их эксплуатации в безопасном режиме. Наиболее уязвимым местом с точки зрения возникновения и распространения трещиноподобных дефектов в элементах оборудования из биметалла является участок перехода от коррозионностойкой к теплостойкой стали. Поскольку эмпирические расчеты, особенно в случае биметалла, не всегда осуществимы, возникает необходимость моделирования напряженно-деформированного состояния конструкции, что дает возможность спрогнозировать дальнейший рост дефекта заданных размеров при известных рабочих параметрах конструкции.

Мета роботи - технологічне забезпечення необхідної циклічної довговічності деталі завдяки визначенню раціональних режимів токарного оброблення з урахуванням властивостей оброблюваного матеріалу та розробка відповідних методичних рекомендацій. Поставлена мета дослідження досягається за рахунок створення математичної моделі (ММ) процесу фінішного токарного оброблення, визначення коефіцієнтів узагальнених характеристик матеріалів класифікаційної групи з урахуванням властивостей оброблюваного матеріалу, подальшої оптимізації моделі методом ковзного допуску та визначення раціональних режимів оброблення. Створено ММ фінішного токарного оброблення, що враховує характеристики оброблюваного матеріалу та властивості технологічної оброблюваної системи. Розраховано відносні коефіцієнти узагальнених характеристик матеріалів групи конструкційних легованих хромистих сталей. Запропоновано метод багатовимірної оптимізації розробленої ММ. Висновки: запропонована методика технологічного забезпечення циклічної довговічності матеріалу деталі на основі ММ процесу фінішного токарного оброблення, що включає як цільову функцію максимальну продуктивність процесу та множину обмежень, дає змогу за вибраним методом нелінійної оптимізації визначити раціональний режим фінішного токарного оброблення.

Увагу приділено розробці методу оцінки довговічності елементів конструкцій у випадку малоциклового навантаження з урахуванням пошкоджуваності. Параметр пошкоджуваності визначено за допомогою оцінки зміни питомого електроопору зразка (у випадку статичного навантаження) та за допомогою аналізу зміни модуля пружності (для випадку циклічного навантаження). Одержано аналітичні залежності для визначення параметру пошкоджуваності на рівні границі текучості та дійсного опору розриву. Запропоновано метод наближеного розрахунку коефіцієнта зміцнення ефективної діаграми деформування. Визначено ефективні характеристики металевих матеріалів Д16Т, ВТ22, 15ХСНД, 18Х2Н4ВА, 12Х18Н10Т, 07X16Н6. Модифіковано залежності Нейбера-Махутова для визначення ефективних коефіцієнтів концентрації напружень і деформацій, проведено порівняння розрахунків за модифікованим і базовим підходом. Для випадку малоциклового навантаження (симетричний цикл, м'яке навантаження) одержано циклічні параметри матеріалів Д16Т, ВТ22, 15ХСНД, 18Х2Н4ВА. Визначено кінетичні криві накопичення пошкоджень. На базі енергетичного підходу розроблено метод оцінки довговічності елементів конструкцій. Одержані за цим методом розрахункові значення циклів до руйнування порівняно з експериментальними та величинами згідно зі стандартним методом М. А. Махутова.

Разработаны и обоснованы методы определения условий перехода от рассеянного к локализованному усталостному повреждению, основанные на анализе закономерностей распространения "коротких" и "длинных" трещин. С использованием разработанных методов определены размеры трещин и число циклов нагружения, соответствующие переходу от рассеянного к локализованному усталостному повреждению углеродистых, легированных, аустенитных сталей и алюминиевого сплава с учетом уровня напряжений и свойств исследованных материалов. Установлено, что размеры усталостных трещин, соответствующие указанному переходу при напряжениях выше предела выносливости, уменьшаются с увеличением напряжений и остаются меньшими, чем размеры трещин при пределе выносливости. Показано, что размеры магистральных трещин коррелируют с величиной предела выносливости исследованных материалов, уменьшаясь с увеличением предела выносливости.