Способ оценки остаточного ресурса конструкции

 

Изобретение относится к механическим испытаниям. Цель изобретения - повышение точности за счет исключения погрешностей, связанных с необходимостью определения напряженного состояния в конструкции и нагружения разных образцов для определения поврежденности и ее предельного значения. На конструкции после предварительной обработки закрепляют датчики поврежденности и определяют их показания после дополнительной наработки. На образцах из материала конструкции закрепляют датчики до нагружения и после предварительной наработки и нагружают их при разных нагрузках. Характеристики поврежденности и предельную поврежденность определяют на образце, на котором за дополнительную наработку поврежденность совпала с соответствующей поврежденностью конструкции . (Л

СОЮЗ СООЕТСНИХ

ЫО Л

РЕСПУБЛИН

yg)g С 01 Н 3/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ((21) 4647394/28 (22) 17.02. 89 (46) 23.05.91. Бюл. У 19 (71) Курганский машиностроительный институт (72) А.Ю.Удовикин и В.Н.Сызранцев (53) 620. 178(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1128146, кл. С 01 И 3/32, 1984. (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА КОНСТРУКЦИИ (57) Изобретение относится к механи= ческим испытаниям. Цель изобретения повышение точности за счет исключения . погрешностей, связанных с необходимостью определения напряженного сосИзобретение oTHGcHTcR к механическим испытаниям, к способам оценки остаточного ресурса конструкции.

Цель изобретения — повышение точности за счет исключения погрешностей, связанных с необходимостью определения напряженного состояния в конструкции и нагружения разных образцов для определения поврежденности и ее предельного значения.

Устройство для реализации способа представляет собой испытательную машину для циклического нагружения конструкции и образцов.

Способ реализуется следующим образом.

Используют датчики деформаций интегрального типа, которые закрепляют на испытываемой конструкции после наSU„„1651151 А1

2 тояния в конструкции и нагружения разйых образцов для определения повреж денности и ее предельного значения.

На конструкции после предварительной обработки закрепляют датчики поврежденности и определяют их показания после дополнительной наработки. На образцах из материала конструкции закрепляют датчики до нагружения и после предварительной наработки и нагружают их при разных нагрузках. Характеристики новрежденности и предельную поврежденность определяют на образце, на котором за дополнительную наработку поврежденность совпала с соответствующей поврежденностью конструкции. работки ею в условиях эксплуатации известного числа циклов нагружения

N . Затем испытания продолжают при тех же условиях нагружения в течение определенного числа циклов N,. достаточного для появления реакции на датчиках, и регистрируют величину этой реакции R . Показания датчиков слук жат характеристикой накопления поврежденности в материале конструкции или образца.

На втором этапе реализации способа осуществляют испытания экспериментальных образцов, которые изготавливают из материала и п4 технологии исследуемой конструкции. До начала испытаний на рабочей поверхности образцов закрепляют первую группу датчиков, аналогичных тем, которые

1651151 используют при испытании конструкции.

Образцы испытывают при различных, но постоянных в .процессе нагружения амплитудах напряжений O > в течение

N< циклов нагружения. После этого

5 на каждый из испытываемых образцов закрепляют вторую группу датчиков и продолжают их испытания при тех же амплитудах напряжения g< что и до за 10 крепления датчиков второй группы, в течение того же числа циклов нагрущения N) что и конструкцию с закрепленными датчиками. После этого регистрируют величину реакции датчиков второй группы на каждом из испытываемых образцов и выявляют тот из них, на котором датчики второй группы немеют такую же реакцию R, что и на к датчиках, применявшихся йри испытаНии исследуемой конструкции. Это свидетельствует о том, что в процессе

Испытаний на поверхности этого образца возникают такие же напряжения что и на исследуемой конструкЭКВ ций.

Однако для осуществления предлагаемого способа нет необходимости определять численное значение этого напряжения. Кроме того, на выявленном таким образом образце регистрируют

30 показание К датчиков первой группы, которые подвергались испытанию вместе

q образцом в течение (N>+N ) числа шклов нагружения.

На завершающем этапе реализации едлагаемого способа данный образец продолжают испытывать при той же ам(Плитуде напряжений 5 в до появления в нем микротрещин, после чего фиксируют число циклов Я до этого момента 40 и показания R датчиков первой группы.

Оценку остаточного ресурса конструкции осуществляют на основании полученных значений Й, R и R. . Количество циклов до исчерпания

45 остаточного ресурса вычисляют как разность И =N-(NÄ+N ). В относительо,р. ных единицах остаточйый ресурс оценивают по величинам K=(N<+N„)/N или и

Реализацию предлагаемого способа осуществляют в процессе стендовых испытаний зубчатых колес, изготовленных из стали 45 с параметрами Z =Z<=

- 30, m=5 мм, P =0» Ь -=40 мм. Испы- 55

Рания.проводят при действии постоянного момента в течение NB=700 тыс. циклов. Затем во. впадины зубьев обоих колес наклеивают датчики, изготовленные из медной фольги. Испытания продолжают до момента появления реакции датчиков N =150 тыс. циклов регистрируют величину этой реакции, в качестве количественной характеристики реакции датчиков:используют относительную площадь измененной структуры. В .данном случае она составляет R =12X.

Далее на образцы (5 шт.), изготовленные из той же партии стали 45, что и исследуемые зубчатые колеса, наклеивают датчики первой группы из той же фольги, что и датчики на зубчатых колесах. Образцы испытывают при различных, но постоянных в процессе нагружения амплитудах напря-жений: G — первый образец Gq — вто41

1 рой образец; 6 - третий образец; (7д„- четвертый образец; Gg - пятый образец в течение Я„=700 тыс. циклов нагружения. После этого на образцы наклеивают датчики второй группы испытания продолжаются в течение

И 150 тыс. циклов нагружения.

Анализ реакции датчиков второй группы показывает, что реакция датчика, соответствующая R -=127, имеет к место на третьем образце. На этом образце регистрируются также показания датчиков первой группы R =207.

Э

На завершающем этапе образец 3 испытывают при той же амплитуде напряжений 6,1 до появления микротрещин, .,фихсируют число циклов до этого момента N=3865 тыс. циклов и показания датчиков первой группы К=867. Количество циклов до исчерпания остаточного ресурса конструкции Н =3865— — -(700+150) = 3015 тысяч циклов, в отно700+ 150 сительных единицах К= — — — — - 0 22

S Ф вЂ” =0 22.

91

В сравнении с известными предлагаемый способ оценки ресурса конструкции обеспечивает повышение точности получаемых результатов. Это преимущество достигается за счет использования одного и того же образца как в процессе тарировочных, так и ресурсных испытаний,что исключает влияние индивидуальных особенностей (шероховатость, несовершенство структуры, микроструктуры и т.п.) образцов, использующихся в одном и другом случаях, на показания датчиков.

16511

Формула изобретения

Составитель Д.Поспелов

Техред .С.Мигунова Корректор M. àì6oð êàÿ

Редактор Н. Гунько

Заказ 1602 Тираж 399 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101

Способ оценки остаточного ресурса конструкции, заключающийся в том, что конструкцию, подвергнутую предва5 рительно циклической эксплуатационной нагрузке, циклически нагружают конструкцию испытательной нагрузкой, равной эксплуатационной, определяют приращение значения характеристики поврежденности, нагружают с учетом приращения поврежденности конструкции партию образцов из материала конструкции до разрушения и определяют значение характеристики поврежденности за суммарное число циклов эксплуатационного и испытательного нагружений конструкции и предельное значение характеристики поврежденности, 2О

51

6 по отношению которых судят об остаточном ресурсе конструкции, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности за счет исключения погрешностей, связанных с необходимостью определения напряженного состоямия в конструкции и нагружения разных образцов для определения поврежденности и ее предельного значеНия, нагружение образцов осуществляют при разных уровнях циклической нагрузки, а для определения отношения значения характеристики поврежденности к предельному значению используют приращение, характеристики поврежденности которого за число циклов испытательного нагружения совпадают с соответствующим приращением характеристики поврежденности конструкции.