Численное моделирование и экспериментальные оценки характеристик выносливости элементов конструкций

Введение. В алгоритме прогнозирования ресурса элементов машин взаимодействуют модели внешнего воздействия, сопротивления разрушению и развития во времени того или иного вида повреждения этих элементов.

Рассматриваются прикладные вопросы сопротивления элементов машин усталостному разрушению. Выполняется адаптация научных исследований и нормативных материалов по определению характеристик выносливости к специфике конструкций и материалов строительно-дорожных машин и сельхозтехники. Цель работы ― с помощью анализа существующих методов разработать рекомендации по расчетному определению параметров выносливости конструктивных элементов сельхозмашин.

Материалы и методы. Исходными данными послужили научные исследования механики разрушения машиностроительных материалов и конструкций, а также стандарты по методам определения характеристик выносливости. Необходимость апробации методов определения характеристик выносливости для использования в проектах строительно-дорожных машин и сельхозтехники вытекает из специфики их конструкций, условий работы и отраслевых сортаментов материалов. На основе анализа существующих методов необходимо разработать рекомендации по расчетному определению параметров выносливости конструктивных элементов сельхозмашин.

Для этого элементы несущих систем ступенчатой конструкции были представлены в виде набора пластин соответствующей толщины, а также использована концепция критического радиуса концентратора напряжений в местах сварки. Применены численные методы с использованием математических моделей. Проверка результатов расчетов проведена путем сравнения их с экспериментально определенными характеристиками выносливости элементов зерноуборочного комбайна на испытательном стенде.

Результаты исследования. Получены критические значения радиуса концентраторов напряжений для различных видов сварных швов. Таблицы расчетных и экспериментальных пределов выносливости несущих элементов комбайна хорошо коррелируются и могут использоваться при проектировании.

Обсуждение и заключения. Теоретические основы, заложенные в работе, открывают широкие возможности для приложений к проектированию различных машин. Рассмотренный фрагмент адаптации теоретического подхода к объектам сельскохозяйственного машиностроения может использоваться при проектировании несущих систем в смежных областях машиностроения.

1. Спиченков, В. В. Современные методы расчетной оценки силовых конструкций / В. В. Спиченков, А. Б. Шостенко ; Ростовский институт автоматизации и технологии машиностроения // Разработка конструкций и исследование технологических процессов сельскохозяйственных машин : сб. статей. ― Ростов-на-Дону, 1993. ― С. 69–75.

2. Кeшe, Г. Коррозия металлов. Физико-химические принципы и актуальные проблемы / Г. Кeшe. ― Москва : Металлургия, 1984. ― 400 с.

3. Ефремов, Л. В. Практика инженерного анализа надежности судовой техники / Л. В. Ефремов. ― Ленинград : Судостроение, 1980. ― 175 с.

4. Лукинский, В. С. Прогнозирование надежности автомобилей / В. С. Лукинский, Е. И. Зайцев. ― Ленинград : Политехника, 1991. ― 222 с.

5. Маньшин, Ю. П. Вопросы надежности деталей при проектировании механических систем / Ю. П. Маньшин, Е. Ю. Маньшина // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение. ― 2019. ― № 5. ― С. 56–73.

6. Маньшин, Ю. П. Приближенная оценка ресурса детали, обеспечивающая ее требуемый ресурс с заданной вероятностью безотказной работы / Ю. П. Маньшин, Е. Ю. Маньшина // Вестник машиностроения. ― 2017. ― № 12. ― С. 20–24.

7. Man’shin Yu.P. Estimating the Life of a Machine Part / Yu.P. Man’shin, E. Yu. Man’shina// Russian Engineering Research. ― 2018. ― Vol. 38, no. 3. ― P. 157-162.