Михаил Матвеевич Гаденин
Москва
Mikhail M. Gadenin
Moscow
Эксплуатационные режимы нагружения элементов машин и конструкций имеют, как правило, более сложный характер, чем принимаемые в практике расчетов и экспериментов синусоидальные формы циклов их нагружения. Отмечено, что в ряде случаев реальные условия изменения нагрузок можно схематизировать двухчастотными режимами нагружения с наложением на низкочастотное изменение основной рабочей нагрузки ее высокочастотной составляющей, обусловленной воздействием вибраций, аэро- и гидродинамическими воздействиями, регулированием рабочего процесса и др. На основе результатов испытаний образцов трех различных по циклическим свойствам сталей показано, что такие двухчастотные режимы обусловливают снижение долговечности в сравнении с равным по амплитудам максимальных напряжений одночастотным нагружением. Это снижение зависит от параметров складываемых основных низкочастотных и наложенных высокочастотных нагрузок. Оценка этого снижения может быть выполнена как с использованием закономерностей суммирования выраженных в деформационных терминах повреждений, так и на основе рассмотренного в работе аналитического выражения, в которое в качестве параметров входят расчетно или экспериментально определенная долговечность для одночастотного режима нагружении с максимальным (суммарным) значением амплитуды действующих напряжений и коэффициент снижения долговечности, характерный для каждого типа материала и определяемый по соотношению амплитуд и частот низкочастотных и высокочастотных напряжений. Выполненный расчетно-экспериментальный анализ влияния соотношения амплитуд низкочастотного и наложенного высокочастотного нагружений при двухчастотных режимах изменения напряжений на циклическую долговечность показал, что наложение высокочастотной составляющей циклической деформации на основной процесс малоциклового нагружения приводит к существенному снижению циклической долговечности, причем тем в большей степени, чем выше уровень соотношений амплитуд и частот складываемых гармонических процессов приложения нагрузки.
The operating modes of loading elements of machines and structures exhibit, as a rule, more complicated character of their loading cycles compared to sinusoidal used in the practice of calculations and experiments. It is noted that in a number of cases the actual conditions of load changing can be schematized by dual-frequency loading modes with superposition of the high-frequency component of the main workload attributed to the effects of vibrations, aero- and hydrodynamic impacts, regulation of the working process, etc. Testing of three steel samples which differ in their cyclic properties has shown that such two-frequency regimes lead to a decrease in the durability in comparison with single-frequency loading, equal in the amplitude of maximum stresses. This reduction depends on the parameters of the basic low-frequency and imposed high-frequency loads. Evaluation of this reduction can be performed both i) using the laws of summation of the damage expressed in the strain terms, and ii) using an analytical expression considered below, which includes calculated or experimentally determined durability for single-frequency loading with the maximum (total) amplitude of the effective stress and durability coefficient, characteristic of each type of material and determined by the ratio of amplitudes and hours of low- and high stresses. A computational-experimental analysis of the effect of the amplitude of low-frequency and superimposed high-frequency loading under two-frequency modes of stress change on the cyclic durability showed that the imposition of the high-frequency component of cyclic deformation on the main low-cycle loading process leads to a significant decrease in the cyclic durability, the level of the decrease correlates with the level of amplitudes and frequencies ratios of the summarized harmonic processes of load application.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.