Диссертация (1144175), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Металлический шар трется о поверхность образца в присутствииалмазной суспензии и оставляет некоторую полость на образце (рис. 1.5). Далеерасчет ведется по следующим формулам:L  FN  V / K ,L  FN  b 4 / 32K  d ,K  b 4 / 32LFN d ,(1.20)где K – искомый коэффициент истирания; L – дистанция, пройденная шаром пообразцу; FN – сила прижима шара к поверхности образца; V – истираемый объем;d – диаметр шара; b – диаметр пятна после истирания.Методикаопределенияхарактеристикмикрогеометрииповерхностизаключается в снятии её так называемой профилограммы.

Профилограммыснимают с нескольких участков поверхности (в случае большой протяжённостиповерхности таких участков должно быть не менее пяти). Для измерений34Рис. 1.5. Схема метода определения износостойкости материалавыбирают участки, наиболее характерные для исследуемой поверхности. Приналичии на профилограмме заметной волнистости длину профилограммыкаждого участка уменьшают с целью исключения влияния волнистости, аколичество участков увеличивают [40].

Характеристики микрогеометрииповерхностей определяют щуповыми и оптическими методами.Фрикционные свойства металлов и сплавов оценивают на лабораторныхустановках, которые разделяются на различные классы и группы. Фрикционнаяусталость определяется как прямыми, так и косвенными методами [40].Восновупрямыхметодовположеныиспытанияматериаловнафрикционную усталость, при которых число циклов до разрушения определяютпо числу его фрикционных взаимодействий с индентором к моменту появлениячастицы износа.Сущностькосвенныхметодовзаключаетсявэкспериментальномопределении установившейся интенсивности изнашивания образцов материалапри заданных условиях. Затем расчётом по соответствующим зависимостямнаходятся характеристики фрикционной усталости.351.5. Физическая надёжность технических системПод надёжностью понимается свойство сохранения технической системой(объектом)втечениеустановленноговременитребуемыхзначенийфункциональных параметров (заданных в некоторых диапазонах), которыеопределяют её функционирование в заданных режимах и условиях применениятехническогообслуживания,храненияитранспортирования[41].Всоответствии с [42] надёжность является комплексным свойством, которое взависимости от назначения объекта (технической системы) и условий егопримененияможетвключатьбезотказность,долговечность,ремонтопригодность или определённые сочетания этих свойств.Если говорить о надёжности как об экспериментально-теоретической науке,то основные её задачи связаны с установлением закономерностей возникновенияотказов, изучения влияния внешних и внутренних факторов на надёжностьтехнических систем, установление количественных характеристик и методовоценки и расчёта надёжности, разработка методов испытания на надёжность ит.д.

Все эти задачи могут решаться принципиально двояко [43]:– путём изучения физико-химико-механических свойств и параметровэлементов технического объекта, происходящих в них физико-химическихпроцессов, физической природы и механизма отказов; при этом текущиесостояния элементов системы и объекта в целом описываются уравнениями,отражающими физические закономерности;– путём изучения статистических, вероятностных закономерностейпоявления отказов множества однотипных устройств; при этом отказырассматриваютсякакнекоторыеотвлечённыеслучайныесобытия,аразнообразные физические состояния элементов и устройств сводятся восновном к двум состояниям – исправности и неисправности (полной иличастичной), которые описываются функциями надёжности.36В настоящее время общепризнано, что основным физическим фактором,вызывающим отказ, является необратимое изменение свойств и параметровэлементов технической системы в процессе эксплуатации, обусловленноепротеканием в материалах объектов различных физико-химических процессов[43, 44].

Поэтому, казалось бы, что естественным направлением исследованийфизической природы отказов является первый путь. Однако этот путь связан, всилу многообразия физико-химических процессов, материалов элементов ирежимов и условий их работы, с большими трудностями, и в некотором смыслелишён универсальности. Поэтому необходимо сочетание обоих путей собязательнымвыявлением присущихдлявсехреальныхструктурныхособенностей, которые определяют интенсивность протекания элементарныхактов в процессах возникновения отказов в заданных режимах и условияхработы элементов.Учитывая, что в практике эксплуатации элементов арматуры подводныхаппаратов данная техника отказывает по причине механического и/илитермомеханического разрушения, коротко остановимся на рассмотрении общихзакономерностей этих видов разрушения.Всякий элемент в процессе эксплуатации практически всегда подверженвоздействию механических нагрузок и внешней среды.

Воздействие внешнейсреды (без нагрузки) приводит к коррозии любого конструкционногометаллического материала, что в сочетании с нагрузкой, особенно, если еёзначение достаточно велико, приводит к неизбежному разрушению. Разрушениепроизойдет тем позднее, чем меньше значение механической нагрузки искорость коррозии. В некоторых случаях, когда воздействие механическойнагрузки может быть невелико, элемент может разрушиться ещё до завершенияпроцесса механического разрушения – только за счёт физико-химическихпроцессов, связанных со старением и коррозией.При разрушении элемента материала рвутся внутренние связи, которыеобеспечивают его целостность. Разрыв внутренних связей в материале приводит37к тому, что в нём начинают происходить два взаимосвязанных процесса:возникновение в сплошном твёрдом теле зародышевых (микро) трещин инакопление их в зоне разрушения до критической концентрации, при которойтело теряет устойчивость и разрушается.

Существует несколько концепцийобразования зародышевых микротрещин в нагруженном теле, например,концепция, связанная с генерированием микротрещин за счёт тепловыхфлуктуаций [45], кинетическая концепция [46] и механизм зарождениямикротрещины путём накачки энергии из окружающей среды в разрушающуюфлуктуацию плотности – дилатон [47].Коррозия элементов арматуры при взаимодействии с морской средойявляется, по сути, химической реакцией, происходящей на поверхности твёрдоготела, и характеризуется разрывом атомных связей материала поверхности иобразованием новых связей между атомами среды, окружающей поверхность сатомами данной поверхности.В этом случае кинетика процесса коррозии определяется кинетическимизакономерностями химической реакции, протекающей на поверхности твёрдоготела. Если рассматривать коррозию как химическую реакцию, то она относитсяк сложным необратимым реакциям.

Скорость и само течение реакцииопределяются соотношением скоростей процессов активации, дезактивации ихимическогопревращения.Сростомтемпературыскоростьреакцииувеличивается.В случае если коррозия происходит в элементах конструкций, находящихсяпод напряжением (статическим или динамическим), то в металле можетразвиться процесс так называемого коррозионного растрескивания, что вконечном итоге приводит к образованию в нём (металле) макротрещин.Таким образом, изменения, которые происходят с течением времени илимгновенно, как в случае с кратковременными динамическими интенсивныминагрузками, в любом элементе и приводят к потере его работоспособности,связаны в общем случае, как это следует из общих закономерностей процессов38разрушения, с внешними и внутренними воздействиями, которым онподвергается.

При этом можно выделить три основных источника воздействия[48]: энергия внешних воздействий; внутренние источники энергии, связанные с рабочими режимамиэлементов; потенциальная энергия, которая накоплена в материалах элементов впроцессе их изготовления.Отказ элемента – событие случайное, но причины, которые обуславливаютпоявление отказа, связаны с вполне определёнными физико-химическимипроцессами, наиболее активно протекающими в окрестностях различного родадефектов в материалах элементов [48].Исходя из вышесказанного, отказ любого элемента может быть определёндействием взаимосвязанных факторов [48]:1.

Энергией внутренних и внешних воздействий, определяемых режимами иусловиями работы элементов, которые передают им энергию E;2. Структурными несовершенствованиями исходных материалов элементовконструкций,обусловленныхналичиемпримесей,дислокаций,пор,крупнозернистостью или большой дисперсией размеров зёрен, микротрещин ит.п.;3. Конструктивно-технологическим дефектами элемента, допущенными впроцессе производства.Комплексное воздействие перечисленных факторов определяет протеканиенеобратимых физико-химических процессов в материалах, которые ведут кизменению механической, тепловой и другим видам прочности элементов и, вконце концов, к возникновению отказов (выходу конструкции из строя).

Дляисследований свойств материалов, которые они приобретают после внешнихвоздействийнеобходимарациональнаяпрограммаиспытаний,которая39позволяла бы проводить такие испытания с минимальными затратами времени исредств [49].В обобщённом виде вероятность отказа р элемента вследствие нарушениякакого-либо вида прочности можно представить выражением [50]:pp(X )dt  dt ,t(X )t0tpгде(1.21)p (X ) вероятностная прочностная характеристика материала; (X )tскорость изменения запаса прочности во времени t вследствие протеканияразличных процессов в материалах;X  X lim  X j  запаспрочности посоответствующему виду нагрузки; X lim математическое ожидание предельнодопустимой нагрузки, определяющей появление отказа; X j  действующее(рабочее) значение нагрузки.В свою очередь, запас прочности X рассматривается по совокупностипараметров прочности, т.е.nX   X i .(1.22)i 1С учётом выражения (1.22) соотношение (1.21) записывается в видеpp  n (X i ) .(X )  i 1 t (1.23)Таким образом, можно находить значение надёжности и важнейшиефакторы, определяющие её изменение.1.6.

Анализ литературного обзора. Постановка цели исследованияАнализ работ, приведенных выше, показывает, что повышение надёжностиэлементов судовой арматуры может быть осуществлено путём выбораматериалов, отвечающих критериям статической и динамической прочности,коррозионной стойкости, а также за счёт модифицирования поверхностиматериалов для придания им свойств повышенной износостойкости.40При этом следует эффективно применять в качестве компонентовизносостойкогокомплексамикролегированныйслой,полученныйпривоздействии сильноточного электронного пучка или лазерного луча, всовокупности с коррозионно-устойчивым слоем подложки.

Использование такихтехнологий позволяет управлять структурой и свойствами модифицированныхприповерхностных слоёв и износостойких покрытий за счёт широкого диапазонаизменения основных режимов технологических процессов.В настоящее время, несмотря на то, что элементы арматуры испытываютдинамические нагрузки, такие как 150 g – перегрузка и 800 Н значение силы,действующей в течении 103 с, отсутствуют не только расчёты на ихдинамическую прочность, но и данные по свойствам традиционных материаловарматуры при высоких скоростях деформации.Кроме того, отсутствуютсистематические данные по влиянию агрессивной морской среды, в частности,воздействия потоков морской воды со скоростью до 10 м/c, на динамическиесвойства традиционныхматериалов элементов арматуры, дажесамыераспространённые из них: нержавеющие стали, титановые сплавы и бронзы.На основе проведенного анализа была сформулирована цель настоящейработы: выявление закономерностей влияния основных параметров (энерговременных и технологических) лазерной и электронно-пучковой обработки насвойства материалов, обеспечивающих надёжность элементов судовой арматурыв экстремальных условиях эксплуатации.41Выводы к главе 11.

Характеристики

Список файлов диссертации