The design of a disk sample with cross mechanical stress concentrators is considered and the practical results of field tests of a disk sample for evaluating the strength of parts with concentrators are shown
deformation, stiffness, test, stress concentrator, stress state, sample
Натурные эксперименты не обладают достаточной точностью результатов из–за невозможности непосредственного измерения некоторых основных характеристик в процессе испытания образца, в частности, напряженного состояния (НС) и самих напряжений. Было бы уместным отметить, что отсутствие эталона напряжений не дает возможности идентифицировать величины напряжений, определяемые методами физических испытаний. Поэтому сравнение результатов испытаний с аналитическими исследованиями не всегда обладают надежностью их верификации. Методы верификации натурных испытаний и аналитических исследований прочности ограничиваются простыми задачами при простых условиях нагружения. Расхождение результатов испытаний образцов из материала, не подвергавшегося нагрузкам, в сравнении с образцами из материала, побывавшего в эксплуатации, особенно существенны, поскольку процессы износа и старения происходят в течение длительного времени.
|
Рисунок 1 - четверть дискового образца |
|
Верхняя канавка |
|
Нижняя канавка |
|
Перемычка |
Дисковый образец [1] (рисунок 1) имеет две взаимно перпендикулярных канавки, расположенные на расстоянии перемычек между ними. Канавки U– или V–, или Т–образного профиля являются концентраторами механических напряжений. Ширина, глубина канавок и высота перемычки выбрана из условия моделирования НС при оценке усталостной прочности. Край диска с одной стороны опирался на основание, а в центре другой стороны диска прикладывалась нагрузка. Результаты моделирования НС дискового образца приведены в работе [2].
Дисковый образец исследован также с использованием программного комплекса АПМ WinMachine–2010 [3]. Результаты исследования напряжений (а) и перемещений (б) (рисунок – 2) в образце с канавками диаметром 130 мм, толщиной 15 мм. Ширина канавок 4 мм, радиус 2 мм глубина верхней 7 мм и 
|
а |
|
Рисунок 2 - Напряжения (а) и перемещение (б) в образце с канавками |
|
б |
нижней 4 мм, высота перемычки 4 мм. Образец опирался на поясок шириной 10 мм и на пересечении канавок нагружался на диаметре 20 мм усилием 3000 Н. На вогнутой стороне создавалось сжатие, а на выпуклой - растяжение. Напряжение в центре составило 192,1 МПа, а деформация 0,024 мм. В образце без канавок напряжения в центре составило 78,4 МПа, а деформация 0,011мм. Таким образом, в образце с канавками напряжение возросло в 2,45 раза, а прогиб - в 2,18 раза, следовательно, податливость образца с канавками возросла с ростом напряжений в перемычке.
Необходима верификация натурных испытаний аналитическими исследованиями прочности процессов износа и старения образцов из материала, не подвергавшегося нагрузкам, в сравнении с образцами из материала, бывшего в эксплуатации, поскольку сложное НС характеризуется повышенным уровнем напряжений, возникающих вблизи имеющихся конструктивных неоднородностей (отверстий, выступов, пазов и т.п.).
Исследования дисковых образцов подтверждают возможность их применения для определения влияние дефектов типа пор, язв и трещин на рост НС и деформаций при оценке технического состояния сосудов и аппаратов при эксплуатации.
1. Patent № 2360227. Rossiyskaya Federaciya, MPK G01N 03/08(2006.01). Obrazec dlya ocenki prochnosti materiala pri slozhnom napryazhennom sostoyanii : № 2007127572 : zayavl.: 18.07.2007 :opubl. 27.06.2009/ Cvik L.B., Cherepanov A.P. i dr.: zayaviteli: OAO «IrkutskNIIhimmash», GOU IrGTU, OAO «ANHK».
2. Cvik L.B., Pyhalov A.A., Zen'kov E.V. Diskretnoe modelirovanie napryazhenno–deformirovannogo sostoyaniya plastinchatyh obrazcov s koncentratorami napryazheniy v vide kanavok // Vestnik IrGTU. – №7(6.8), - 2011 – C. 23 – 31.– Tekst : neposredstvennyy.
3. Cherepanov A.P. Metod prognozirovaniya resursa sosudov i apparatov po korrozionnomu iznosu, stepeni opasnosti i ob'emam tehnicheskogo diagnostirovaniya : special'nost' 05.02.13 – «Mashiny, agregaty i processy» : dissertaciya na soiskanie uchenoy stepeni doktora tehnicheskih nauk/ Cherepanov Anatoliy Petrovich ; Angarsk, 2013.– 317 s.: il. – Bibliogr.: s. 77–90.– Tekst : neposredstvennyy.
