Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Повышение энергонасыщенности,
динамичности, нагружениости современных машин связано с необходимо
стью решения одной из важных проблем — предотвращения усталостных
разрушений деталей их узлов, агрегатов, элементов ходовых и несущих
систем. Особенно это относится к деталям, разрушение которых приводит
к авариям с непоправимыми последствиями.. Кроме этого,-восстановление
работоспособности несущих систем связано с большими материальными
затратами. Эта проблема возникает в авиации, на автомобильном, желез
нодорожном и водном транспорте, в тракторной отрасли, в дорожном ма
шиностроении и других отраслях.! "' ; ' <"
Разрушению детали предшествует накопление в ней усталостных
повреждений, образование и развитие >грещин; в результате действия на
пряжений, которые при колебаниях машины в эксплуатации в болыпинст-
' ве случаев являются случайными функциями времени - случайными про
цессами. Решение этой важной научно-технической' проблемы начинается
на этапе разработки технического проекта машины: Поэтому актуальным
является развитие методов расчета динамической нагружениости элемен-/
тов машины 'как сложной-динамической системы; оценки-случайного на-
- гружения' элементов с привлечением Теории случайных функций и стати
стической динамики, схематизации случайных процессов; выявления экс
плуатационных режимов нагружения машин; оценки сопротивления уста
лости и усталостного ресурса деталей; Важность развития исследований в
этом направлении заключается также и втом, что,в последнее время раз
рабатываются нормы прочности для колесных машин, обобщающие опыт U
расчета и -испытаний несущих систем~мббйльной техники;- накопленный к
настоящемувременимногими исследователями;11''- -; -- '' ''
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Расчет на прочность несущих систем колес-v ных машин при'случайных стационарных колебания'х"поГкритерию сопротивления усталости/на примере троллейбуса?'-/ --
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Использованы методы теории колеба
ний, статистической динамики, конечных элементов :(МКЭ), случайных
процессов, корреляционного анализа, тензометрических измерений, испы
таний колесных машин в дорожных условиях и на сопротивление устало
сти, ''vv.' 'ч -^>-)ї;,-,.
1. Разработан метод расчета амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) напряжений і в элементах несущей системы при вертикальных колебаниях в.результате кинематического гармонического воздействия на под-) веску со стороны микропрофиля дорожного покрытия, основанный на принципе частотной дискриминации в сочетании с методами комплексных
амплитуд, МКЭ, динамического равновесия несущей системы при колебаниях.
-
Разработан новый метод схематизации /редукции/ случайных процессов - метод эквивалентных циклов, основанный на равенстве энергии деформации циклов случайного и регулярного процесса нагружения детали.
-
Усовершенствована методика расчета усталостного ресурса, основанная на линейной корректированной гипотезе накопления усталостных повреждений: рекомендована величина цены разряда /равная 0,4 средне-квадратического отклонения совокупности амплитуд процесса/ для группировки эквивалентных амплитуд случайного процесса нагружения при построении эмпирической функции плотности распределения вероятности амплитуд /гистограммы частостей/.
-
Получены корреляционные зависимости параметров законов Ре-лея, экспоненциального, Вейбулла от среднеквадратического отклонения /СКО/ процесса для аппроксимации эмпирических функций распределения вероятностей амплитуд эквивалентных гармонических циклов случайного процесса нагружения.
-
Разработан новый метод определения параметров сопротивления усталости по результатам ускоренных испытаний натурных сварных образцов ступенчато возрастающей нагрузкой, основанный на совместном решении уравнений накопления энергии гистерезиса и усталостных повреждений образца за время испытаний.
-
Установлены по результатам экспериментов параметры распределений эксплуатационной нагрузки несущей системы.
-
Предложена методика расчета на прочность несущей системы при случайном стационарном нагружении по критерию сопротивления усталости, основанная на линейной корректированной гипотезе накопления усталостных повреждений, корреляционной теории случайных процессов и спектральном методе статистической динамики, позволяющая получить расчетные оценки параметров усталостной прочности элементов на этапе разработки технического проекта машины.
ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ. Основные положения и выводы подтверждены удовлетворительным совпадением расчетных и экспери-ментальных параметров: амплитудно-частотных характеристик динамиче-ской системы; характеристик случайных процессов; функций распределения вероятностей амплитуд; параметров сопротивления усталости; оценок усталостного ресурса.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Разработаны для практического применения методики расчета и программное обеспечение для определения параметров сопротивления усталости по результатам ускоренных испытаний образцов; оценки случайного нагружения, напряженного дефор-
мированного состояния /НДС/ и ресурса при случайных стационарных ко
лебаниях несущих систем троллейбусов и других машин. Разработанные
методические подходы могут быть использованы для: расчетной оценки
ресурса деталей машин при нерегулярном нагружении по критериям нако
пления усталостных повреждений; сравнительной оценки нерегулярных
процессов нагружения однотипных деталей с целью выявления наиболее
нагруженных; количественной оценки эксплуатационных режимов машин
и конструкций по их повреждающему воздействию;, моделированию ре
ального нагружения (ГОСТ 25507-85) деталей при испытаниях на уста
лость и расчетном определении характеристик их сопротивления устало
сти. Результаты исследований, разработанное стендовое оборудование ис
пользованы в АО «Троллейбусный завод» г. Энгельса при испытаниях и у/
доработке несущих систем троллейбусові/ - ;
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Содержание разделов работы обсуждалось на международных научно-технических конференциях в МГТУ ,в , 1986, 1994 гг., в МГУ в 1991 г., а также на научно-технических конференциях СГТУ в 1992-2000 гг.
ПУБЛИКАЦИИ. Результаты исследований освещены в 27 публикациях, в числе которых одно авторское свидетельство, два патента на изобретения и 3 отчета о НИР.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы (191 наименование) и приложений. Работа включает 289 страниц машинописного текста, 38 иллюстраций, 21 таблицу.. .
