Повышение прочностной надежности транспортных дизелей (1025560), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Для цикла с выдержкой циклические и статические повреждения суммируют. Уравнение долговечности в линейной трактовке суммирования повреждений записывают в виде:где тр - время до разрушения по кривой длительной прочности,т— время накопления статического повреждения,N' — число циклов до разрушения (по пилообразному циклу),N" — число циклов до разрушения при испытаниях циклами заданнойдлительности.При повышении температуры, а также нерегулярном характере нагружения, который имеет место при эксплуатации дизеля линейная связь между статическими и циклическими повреждениями нарушается [50,60] (если она вообще существует).
Нелинейное правило суммирования повреждений принимаетвид:1*рКJ+ткоэффициенты а и /? зависят от свойств материала и температуры испытания(получают в ходе проведения специальных экспериментов).Внимания заслуживают также деформационно-кинетические критерии,рассмотренные в [60,75] в которых, аналитическими зависимостями, пытаютсяописать процессы накопления усталостных и статических повреждений при неизотермическом нагружении.
По-видимому, этот подход наиболее обоснован сэнергетической точки зрения [46], поскольку кинетика деформаций и напряжений в цикле качественно наиболее полно характеризует условия повреждаемости. Недостатком деформационно-кинетического критерия, как и для ранее рассмотренных, является неоднозначность условий определения коэффициентов55входящих в состав зависимости, а также необходимость наличия большого числа экспериментальных данных по материалу.Максимальные температуры, при которых происходит релаксация напряжений в наиболее напряженных областях крышек цилиндров, не превышает 400°С.
Реологические процессы при таком уровне температур проявляются довольно слабо, хотя уровень напряжений при этом достаточно высок (>400МПа). На основании этого можно предположить, что накопление поврежденийв крышке цилиндра удовлетворительно описывается уравнениями 1.3 и 1.4.Причем можно использовать один из деформационных критериев [47,50] с поправкой на изменение свойств материала в каждом цикле, обусловленного релаксацией напряжений.Наиболее точным методом оценки долговечности можно признать оценкупо пределу выносливости при ограниченной долговечности. Сравнивая размахнапряжений в стабилизированном цикле с пределом выносливости при ограниченной долговечности (сг_ш), устанавливаемый экспериментально, получаютколичество циклов до разрушения. Сложность в данном случае состоит в точном (экспериментальном) определении предела ограниченной долговечности,поскольку требуется значительное количество образцов, особенно для литыхсплавов с неоднородной структурой.
При этом велика длительность испытаний,связанная с малой частотой нагружения.Применение деформационных критериев основано на получении экспериментальных данных в виде кривых деформирования, кривых выносливости присоответствующих температурах, а также статических характеристик при проведении простых опытов, например, при одноосном растяжении - сжатии. Например, для использования зависимости Мэнсона-Коффина необходимо знатьвеличину размаха деформации в стабилизированном цикле, когда размах напряжений и деформаций практически не меняется от цикла к циклу.
Для этогонеобходимо иметь кривые (о-s) после некоторого количества циклов, полученные в результате эксперимента на установке Коффина, либо расчетным спосо-56бом. Расчетные данные могут быть получены при решении задач термопластичности в циклической температурно-временной постановке методом конечных элементов. Из полученных диаграмм непосредственно можно установить,размахи напряжений и деформаций, определить доли упругих и неупругих деформаций, для оценки по критерию Коффина, определить интенсивность ростаостаточных напряжений и вероятность наступления приспособляемости. В первом приближении (качественно) можно оценить работоспособность конструкции (например, по уровню остаточных напряжений).Важным вопросом для практического применения зависимостей 1.2-1.6 является проблема определения пластических свойств материла, поскольку из зависимости непосредственно следует, что долговечность материала в областиотносительно больших размахов пластических деформаций напрямую зависитот пластических свойств материала.
Константа С в зависимости Коффина определяется через коэффициент поперечного сужения \|/, получаемый в опыте приодноосном растяжении. При этом пластичность некоторых материалов можетсущественно изменяться в зависимости от температуры и предыстории деформирования.C = l.in—21.91-Ц1Анализ рассмотренных методов оценки долговечности крышек цилиндров,изготовленных из чугунов, показывает практически полное отсутствие методик,основанных на расчетно-экспериментальных данных.
Основное внимание уделено конструкциям, работающим теплоэнергетической отрасли; для крышекцилиндров проблема оценки долговечности остается актуальной. Исключениемв этом направлении можно считать работу [31], посвященную анализу термомеханической усталости крышек цилиндров из различного вида серого чугуна.Однако в работе приведены только теоретические предпосылки для оценки долговечности, практическое её применение, с точки зрения количественной оценки долговечности, затруднительно.571.5. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯВ связи с ростом уровня форсирования дизелей, выпускаемых на ОАО«Коломенский завод» и проектированием дизеля нового поколения, а такжеужесточением требований по повышению надежности, увеличению ресурсакомпонентов двигателя, снижению стоимости дизеля и времени его проектирования ставятся следующие задачи:1.
Разработка методики расчета остаточных напряжений в крышке цилиндра с помощью метода конечных элементов (в трехмерной постановке) на любомэтапе жизненного цикла конструкции.2. Уточнение степени нагруженности (по сменности режимов работы дизеля и времени выдержки конструкции при повышенных мощностях) крышекцилиндров тепловозных и судовых дизелей в эксплуатации.3. Совершенствование методики оценки долговечности на основе расчетных данных по остаточной напряженности и уточненных данных по степенинагруженности крышек цилиндров в эксплуатации.4.
Оценка эффективности конструкторско-технологических мероприятий,направленных на повышение надежности и ресурса крышек цилиндров среднеоборотных дизелей.58ГЛАВА 2. РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КРЫШЕК ЦИЛИНДРОВНагрузки, действующие на крышку цилиндра при работе дизеля условноможно разделить на статические и переменные во времени. К статическим нагрузкам относятся монтажные напряжения от крепления втулки, форсунки, а также открепления комплекта к блоку цилиндров и начальные остаточные напряжения,вызванные технологией производства детали.К переменным напряжениям относятся напряжения от сил давления газов вцилиндре, температурные напряжения от действия макротеплосмен при изменении режима работы дизеля и напряжения от микротеплосмен, происходящих в течение одного рабочего цикла.Многочисленные работы, посвященные оценке теплового и напряженного состояния крышек цилиндров [3,15,16,28,29 и др.], показывают, что основным нагружающим фактором являются температурные напряжения от макротеплосмен.Влияние остальных вышеперечисленных нагрузочных факторов на долговечностьдетали можно рассматривать как второстепенное.Для крышки цилиндра дизеля Д49 проведено большое количество экспериментальных работ, направленных на изучение напряженного состояния от действия статических (монтажных) и циклических (от действия давления газов в цилиндре) напряжений.
В частности, методом электротензометрирования были получены напряжения от крепления форсунки, втулки цилиндра, крепления цилиндрового комплекта к блоку, а также напряжения от P z (11 МПа). Кроме того, былиисследованы начальные остаточные напряжения в крышках, не работавших на дизеле.59По результатам проведенных исследований можно сказать, что уровень напряжений в наиболее нагруженных местах огневого днища — межклапанных перемычках — не превышает 10.. 12% от температурных напряжений сжатия. В связи сэтим правомерно рассматривать влияние этих факторов на долговечность конструкции как второстепенное, поэтому основное внимание в данной работе будетуделено анализу напряженного состояния, вызванного температурными сменами,а также оценке долговечности конструкции в этих условиях.При современном уровне форсирования температуры на огневой поверхностикрышек цилиндров среднеоборотных дизелей могут достигать 400-450°С, приэтом обеспечить упругое деформирование наиболее нагруженных элементовкрышки практически не удается.Для математического моделирования процессов циклического неупругогодеформирования материала в условиях переменных температур, а также реологических процессов, происходящих во времени при постоянной температуре в настоящее время используется теория течения и теории неупругого последействия.602.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
