Расчетно-экспериментальная оценка роли соотношения частот в изменении долговечности при двухчастотных режимах деформирования

Форма цикла при двухчастотных режимах нагружения зависит от его параметров, в число которых входят абсолютные значения частот и амплитуд складываемых в процессе такого режима низкочастотных и высокочастотных нагрузок, соотношения их частот и амплитуд, а также сдвиг фаз между этими гармоническими составляющими, причем последний оказывает существенное влияние лишь при малом соотношении частот. Наличие таких двухчастотных режимов или схематизируемых ими эксплуатационных режимов нагружения элементов машин и конструкций может существенным образом снизить их долговечность. На примере результатов экспериментальных исследований изменения долговечности при жестком режиме двухчастотного нагружения образцов циклически стабильной, циклически разупрочняющейся и циклически упрочняющейся сталей показано, что снижение долговечности в этих условиях зависит от соотношения частот и амплитуд действующих низкочастотных малоцикловых и высокочастотных вибрационных напряжений, причем тем в большей степени, чем выше уровень соотношений амплитуд и частот этих складываемых гармонических процессов приложения нагрузки. Показано, что оценка такого снижения долговечности в сравнении с равным по суммарным амплитудам напряжений (деформаций) одночастотным нагружением может быть выполнена с использованием степенного выражения, связывающего эти долговечности через параметр (коэффициент снижения), включающий в себя соотношение частот и амплитуд действующих циклических нагрузок и характеристику материала. Зависимость этого снижения проиллюстрирована семейством расчетно-экспериментальных кривых на соответствующих диаграммах для каждого из исследованных типов материалов. Данные кривые сопоставлены с экспериментально полученными данными.

1. Когаев В. П., Махутов Н. А., Гусенков А. П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность. — М.: Машиностроение, 1985. — 224 с.

2. Махутов Н. А. Прочность и безопасность: фундаментальные и прикладные исследования. — Новосибирск: Наука, 2008. — 528 с.

3. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Управление ресурсом эксплуатации высокорисковых объектов. — М.: МГОФ «Знание», 2015. — 600 с.

4. Гаденин М. М. Многопараметрический анализ условий безопасной эксплуатации и защищенности машин и конструкций по критериям прочности, ресурса и живучести / Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2012. № 6. С. 22 – 36.

5. Прочность и ресурс водо-водяных энергетических реакторов. Серия «Исследования напряжений и прочности ядерных реакторов». — М.: Наука, 1988. — 312 с.

6. Динамика и прочность водо-водяных энергетических реакторов. Серия «Исследования напряжений и прочности ядерных реакторов». — М.: Наука, 2004. — 440 с.

7. Прочность и ресурс ЖРД. Серия «Исследования напряжений и прочности ракетных двигателей». — М.: Наука, 2011. — 525 с.

8. Гаденин М. М., Романов А. Н. Устройство для получения двухчастотного режима нагружения на одночастотных усталостных установках / Заводская лаборатория. 1974. Т. 40. № 4. С. 463 – 465.

9. Гаденин М. М. Метод автоматизации циклических испытаний на базе электрогидравлической установки типа УРС 50/50 и измерительно-вычислительного комплекса ИВК-2 / Заводская лаборатория. 1985. Т. 51. № 12. С. 61 – 65.

10. Гаденин М. М. Особенности развития деформаций и накопления повреждений при двухчастотном малоцикловом нагружении и повышенных температурах / Машиноведение. 1976. № 1. С. 69 – 77.

11. Гаденин М. М. Изменение сопротивления малоцикловому деформированию и разрушению в связи с двухчастотностью процесса нагружения / Тезисы докладов XIII научно-технической конференции «Проблемы надежности и долговечности элементов конструкций в машиностроении и стройиндустрии». — Свердловск: Свердловский областной Совет НТО, 1978. С. 5 – 6.

12. Гаденин М. М. Исследование повреждаемости и долговечности при одно- и двухчастотных режимах нагружения на основе деформационных и энергетических подходов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 6. С. 44 – 52.

13. Locati L. Colloqufum on fatigue. Stockholm 1955. — Berlin – Gottingen – Heidelberg: Springer-Verlag, 1956. S. 160.

14. Гаденин М. М. Исследование влияния соотношения амплитуд деформаций при двухчастотном циклическом нагружении / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 12. С. 50 – 56.

15. Makhutov N. A., Gadenin M. M. Fatigue Resistance at Variation of Temperature-Time Factors / International Journal of Fracture. 2008. N 1 – 2(150). P. 105 – 127.

16. Безопасность России Правовые, социально-экономические и научно технические аспекты. Фундаментальные исследования проблем техногенной безопасности. — М.: МГОФ «Знание», 2013. — 576 с.

17. Гаденин М. М. Характеристики механических свойств материалов в анализе условий достижения предельных состояний / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012. Т. 78. № 2. С. 58 – 63.

18. Махутов Н. А., Гаденин М. М. Оценка ресурса при сочетании экстремальных малоцикловых и вибрационных воздействий / Труды четвертой Всероссийской научно-технической конференции «Динамика и прочность конструкций аэрогидроупругих систем. Численные методы». Москва, 14 – 15 ноября 2017 г. — М.: Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАН, 2017. С. 40 – 41.