Введение к работе
Актуальность работы
В мировой практике эксплуатации судов систематически наблюдаются повреждения и поломки гребных валов. Причины поломок весьма разнообразны, но большая часть разрушений происходит по причине возникновения усталостных трещин. При этом выходят из строя и заменяются из-за трещин главным образом гребные валы.
Однако практика эксплуатации деталей типа валов показывает, что не все трещины имеют способность развиваться и приводить к разрушению. Известны работы, в которых исследователи отмечают существование усталостных трещин при напряжениях ниже предела выносливости. Такие трещины называются нераспространяющимися и не вызывают усталостных поломок. Существование дефектов такого типа имеет различные причины, в ряде которых можно выделить характер напряженного состояния детали, свойства материала детали и воздействие окружающей среды.
В последние годы идет интенсивное изучение причин и механизмов появления нераспространяющихся трещин на деталях при различных условиях их нагружения, а также исследования по торможению развития усталостных трещин с помощью современных методов упрочнения. Однако вопрос восстановления работоспособности гребных валов с трещинами является не изученным.
Использование поверхностного пластического деформирования (ППД) путем обкатывания роликом судовых валов с трещинами позволило бы частично или полностью восстановить их ресурс. Поэтому восстановление работоспособности судовых валов с трещинами при сохранении заданного уровня надежности и долговечности является актуальной задачей.
Цель и задачи исследования
Целью работы является продление долговечности судовых валов с трещинами.
В связи с этим необходимо разработать и обосновать технологию восстановления работоспособности судовых валов с трещинами с помощью ППД. Для обоснования технологии необходимо провести изучение циклической прочности моделей валов; вырастить трещины эксплуатационного вида на образцах-моделях судового вала; применить ППД путем обкатывания роликом участка образцов с трещинами и оценить их сопротивление усталости при изгибе.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать методику исследования влияния ППД на усталостные характеристики судовых валов с трещинами.
2. Спроектировать конструкцию экспериментальных образцов и определить их необходимое количество.
3. Вырастить трещины глубиной 1 и 2 мм на экспериментальных образцах.
4. Спроектировать и изготовить экспериментальное оборудование и оснастку для обкатывания образцов.
5. Спроектировать и изготовить установку для изгибных испытаний на выносливость.
6. Исследовать влияние ППД на усталостные характеристики образцов с трещинами при испытаниях на изгибную выносливость при симметричном цикле изменения напряжений консольным изгибом.
7. Разработать рекомендации по использованию полученных результатов для восстановления работоспособности судовых валов с трещинами.
8. Разработать технологию восстановления работоспособности судовых валов с трещинами путем обкатывания роликом.
Методы решения задач исследования
Использованные в работе методы базируются на основных положениях материаловедения, механики разрушения, теории усталости материалов и конструкций, общепринятой теории статистической обработки результатов усталостных испытаний, опыта проведения усталостных испытаний.
Экспериментальные исследования проводились на установках, оборудованных средствами измерения, обеспечивающими точность проводимых испытаний в соответствии с требованиями стандартов.
Научная новизна
Научная новизна работы заключается в разработке методики исследования судовых валов с трещинами, выращивания трещин на круглых образцах; определении скоростей роста усталостных трещин в образцах, изготовленных из стали 35; установлении зависимостей между глубиной серповидной трещины и ее длиной по окружности; в оценке влияния ППД обкатыванием роликом на выносливость образцов с трещинами различной глубины.
Практическая ценность
Научно разработана и обоснована технология восстановления работоспособности судовых валов из стали типа 35 с трещинами при ремонте ППД путем обкатывания роликом, обеспечивающая продление их долговечности.
Реализация результатов работы
Результаты исследования работы приняты к внедрению в ОАО СРЗ «СЛИП» (г. Астрахань).
Данные исследований используются в учебном процессе АГТУ при подготовке морских инженеров по специальности «Судовые энергетические установки», инженеров по специальности «Эксплуатация судовых энергетических установок», бакалавров и магистров по специальности «Кораблестроение и океанотехника».
Апробация работы
Основные научные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: заседаниях кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники» АГТУ; заседаниях Ученого Совета института морских технологий, энергетики и транспорта АГТУ; ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава АГТУ (2003 – 2007 гг.); международной научной конференции, посвященной 75-летию АГТУ (2005 г.); 6-м и 7-м межрегиональных семинарах по актуальным проблемам судовой энергетики и машинодвижительных комплексов (Астрахань 2005 – 2006 гг.); 9-ой международной практической конференции «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки» (Санкт-Петербург 2006 г.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 3 по списку ВАК.
Структура и объем диссертационной работы
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, списка использованных источников из 132 наименований и трех приложений. Работа изложена на 119 страницах основного текста, содержит 7 таблиц и 26 рисунков.
