Определение напряжений и остаточного ресурса по показаниям датчика деформаций интегрального типа переменной чувствительности
Электронный архив ТПУ
Информация об архиве | Просмотр оригинала| Поле | Значение | |
| Заглавие |
Определение напряжений и остаточного ресурса по показаниям датчика деформаций интегрального типа переменной чувствительности
Determination of stresses and residual life in accordance with indications of variable-sensitivity integral strain gauge |
|
| Автор |
Сызранцев, Владимир Николаевич
Сызранцева, Ксения Владимировна Syzrantsev, Vladimir Nikolaevich Syzrantseva, Ksenia Vladimirovna |
|
| Тематика |
датчики деформации интегрального типа
переменная чувствительность кинетическая теория механической усталости циклические напряжения усталостные повреждения эквивалентные напряжения долговечность integral strain gauges variable sensitivity kinetic theory of mechanical fatigue cyclic stresses fatigue damages equivalent stresses durability |
|
| Описание |
Актуальность работы. Сокращение сроков создания и освоения производства новых образцов машин, повышение их надежности и долговечности являются важнейшими задачами на любом этапе развития машиностроения. Период доработки изделий может быть сокращен с помощью экспериментальных методов, которые позволяют на ранних стадиях испытаний установить характер распределения циклических напряжений (деформаций) на исследуемых поверхностях деталей, оценить их работоспособность и усталостную прочность. Возможности экспериментальных методов существенно расширяются при использовании для оценки уровня циклических напряжений датчиков деформаций интегрального типа, изготавливаемых из фольги со специальными свойствами. Накопленный опыт применения этих датчиков свидетельствует, что с их помощью решается широкий спектр задач по определению характера изменения напряжений на поверхностях деталей и несущих систем машин, восстановлению закона распределения напряжений и определению эквивалентных напряжений, оценке мест и сроков вероятного разрушения деталей в процессе стендовых и эксплуатационных испытаний машин. В то же время реализация разработанных методик применения датчиков деформаций интегрального типа в процессе эксплуатации изделий выявила ряд проблем, связанных как с мониторингом реакции датчиков, так и неопределенностью продолжительности испытаний, вследствие наличия у датчиков инкубационного периода до появления на них реакции. Важнейшей задачей прогнозирования долговечности деталей, металлоконструкций машин, нефтегазопроводов, подвергаемых в условиях эксплуатации случайному спектру циклического деформирования, является оценка накопленных усталостных повреждений металла. Решение данной задачи требует разработки моделей, связывающих реакцию на датчиках деформаций интегрального типа с уровнем повреждений, получаемых датчиками в процессе их деформирования на изделиях. Цель исследования: для решения задач прогнозирования ресурса деталей машин, нефтегазопроводов разработать методики: измерения напряжений, расчета эквивалентных напряжений и эквивалентных чисел циклов нагружения по повреждающему воздействию на основе применения датчиков деформаций интегрального типа с переменной чувствительностью к амплитуде циклического нагружения, не имеющих инкубационных периодов, позволяющих регистрировать реакцию датчиков в любой момент испытаний изделия. Методы исследования: кинетическая теория механической усталости, численные методы решения трансцендентных уравнений, сопротивление материалов. Результаты: Рассмотрена технология изготовления датчика деформаций интегрального типа с переменной чувствительностью. Для рабочей части датчика, на которой реакция на нем отсутствует, на основе кинетической теории механической усталости определено изменение накопленных повреждений, полученных в процессе предварительной наработки датчика. Решены задачи определения напряжений и прогнозирования медианного числа циклов до разрушения детали по показаниям датчика деформаций интегрального типа с переменной чувствительностью. Для условий работы детали при блочном режиме нагружения по реакции датчика деформаций интегрального типа с переменной чувствительностью решены задачи определения эквивалентного по повреждающему воздействию напряжения и эквивалентного по повреждающему воздействию чисел циклов деформирования.
The relevance. The urgent problems of any stage of mechanical engineering development are the reduction of time for design and mastering the production of new items of machines, and the increase in their reliability and life-time. The period for the item follow-on can be shortened by experimental methods that allow determining the character of cyclic stresses (strains) distribution along the investigated part surfaces, estimating their serviceability and fatigue strength at the initial stages of testing. The opportunities of experimental methods are essentially expanded when the level of cyclic stresses is assessed by means of integral strain gauges made of a foil having certain characteristics. The long-term experience of applying the integral strain gauges indicate that they can be used to establish a wide range of problems on determining the character of surface stress variation for parts and load-carrying elements of machines, recovery of the stress distribution law, determination of equivalent stresses, assessment of location and terms of probable fractures of items within the stand and operation tests of machines. At the same time, implementation of the developed techniques for integral strain gauges applying during operation of the items revealed a number of problems related to both monitoring the integral strain gauges-reaction and uncertainty of the testing time because of the incubation period of the gauge prior to appearance of its reaction. The important problem of forecasting the life-time of parts, metallic structures of machines, oil and gas pipes that are subjected to a random spectrum of cyclic strain is the assessment of the accumulated fatigue damages of the metal. This problem solution demands the development of models that relate the reaction on the integral strain gauges to the level of damages occurred in operation of the gauged item. The aim of the study is to develop the variable-sensitivity integral strain gauge that is characterized by a variable sensitivity to the amplitude of cyclic loads without the incubation period. This gauge allows simplifying considerably the registration of variable-sensitivity integral strain gauge reaction at any moment of the item testing; to develop the techniques for solving the problems of forecasting the life-time of machine parts and oil and gas pipe elements, that is the technique for stress measurement, the analysis of equivalent stresses and equivalent numbers of loading cycles in accordance with the damaging effect. The methods used in the study: the kinetic theory of mechanical fatigue, numerical methods for solving the transcendental equations, the strength of materials. The results. The paper considers the technique for producing variable-sensitivity integral strain gauge. The authors have determined the variation of accumulated damages (obtained within the preliminary operating time of the gauge) for the operating part of the gauge without reaction based on the kinetic theory of mechanical fatigue. The problems of stress determination and forecasting the median number of cycles prior to fracture of the item based on variable-sensitivity integral strain gauge indications were solved. For operating conditions of the item at the block mode of loading the reaction of variable-sensitivity integral strain gauge was used to determine the equivalent stress according to the damaging effect and the equivalent strain according to the damaging effect of the numbers of cycles. |
|
| Дата |
2017-10-06T07:28:45Z
2017-10-06T07:28:45Z 2017 |
|
| Тип |
Article
Published version (info:eu-repo/semantics/publishedVersion) Journal article (info:eu-repo/semantics/article) |
|
| Идентификатор |
Сызранцев В. Н. Определение напряжений и остаточного ресурса по показаниям датчика деформаций интегрального типа переменной чувствительности / В. Н. Сызранцев, К. В. Сызранцева // Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов. — 2017. — Т. 328, № 9. — [С. 82-93].
http://earchive.tpu.ru/handle/11683/43105 |
|
| Язык |
ru
|
|
| Связанные ресурсы |
Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов. 2017. Т. 328, № 9
|
|
| Права |
Open access (info:eu-repo/semantics/openAccess)
|
|
| Формат |
application/pdf
|
|
| Издатель |
Томский политехнический университет
|
|
| Источник |
Известия Томского политехнического университета
|
|