Моделирование деформированного состояния и диагностирование усталостного разрушения элементов сложных машин тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

РГ6 ОД - ^

змкншскш орд!

учшстегстш ОБРАЗОВАНИЯ У1СРАКШ

зашимскш ордена я31ш1 тчт* тштюстроитвлыш дастшт МШИ и.Я.'ИБАРЯ

На правах рукописи

ШГИН Сергей Львович

моделирование даошкровишго состояния

И ДИАГНОСТИРОВАНИЕ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ ЭЛЕШШЭВ СЛОЗИЯ МАШИН

01.02.04 01.CE.0S

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических, наук

Запорожье - 1993

"Шхешаса дефоршруемого таэрдого тлаи "фшшика, прочность машин, приборов а аппаратуры0

Реботе шютвпа в Залорохякол ордена "Знак Гочзта" шсаю-строитаяъЕоа кнстатуте ш. Р .Я.Чуйчря

Научннй рук' водитель - доктор технических наук,

профессор Ройшан А.В.

О&одшлыш® оппонента: доктор технических иаук,

профессор Асатуркн А.Ш., доктор технических наук, профессор КараОан В.Н.

Ведущее предприятие - Херсонский комбайновый завод

Защта состоится .1993 годе в часов

не заседании специализированного совета К.068.38.01 в Запорожском зрдена "Знак Почета" машшюстроителыюа ннситуте им. Ь.Я.Чубаря {Е30063, г. Запорожье, ГСП-ЗЭ, ул. Жуковского, 64).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан

-«¿Л 1503 года.

чеша секретарь специализированного совета

эктор технических наук, профессор И.П.Волчок

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАШШ

Актуальность теш.-. Проблема повышения надежности и долговечности элементов сложных мамин, подверженных усталостному разрушению от действия вибрационных нагрузок» продолжает оставаться актуальной как на стадии проектирования» так и на стадии доводки и аксплуатацш изделий. Для решения этой проблема необходами, в честности» разработка и совершенствование методов моделирования напряженно-деформированного состояния элементов для обеспечения их усталостной прочности, а также неразруиапщи методов диагностирования усталостного разрушения по параметрам деформированного состояния.

Тема диссертации связана с выполнением госбюджетной работа ГБ 06511 "Разработка моделей, учктывавдих взаимосвязь механических колебаний и критериев усталостного разрушения образцов и изделий" (Я Госрегистршдеи 1ГА01007413Р).

Целью работа является разработка и соверженствоваше методов зоделирования вибронагружешшх элементов слотах, мееяп и диагнос-гирования их усталостного разрушегаш для обеспечения повышения нх юдезности н долговечности.

Научная новизна работа состоит в следукдем:

- с тфимепенксм упрспащих методов, использувдих симметрии механизмов и подобие составляли их подузлов, разработаны а »рограимпо реализованы узкоспециализированные модели кинематики и цшялглса прострдаствегаги вкброяктивдах узлов зерноуборочного сомбайнз, совероаиря плоское рабочее движение;

- с использованием численной оптимизации получены уравнове-тише конфигурации пятиколенчатого коленвала с иотимизировчтшми шпряжениями, приемлемые с точки ьрения технологичности;

- обоснован вывод о возможности снижения предела нашенквего

достшамого урстс-ш ураиюкс-Е^ шюстк „ характеризуем го кавдугз конкретную кинематическую схему, только путам рационального преобразования ее структуры;

- разработана узкоспециализированная программа, основанная на общем подходе МКЭ и предназначенная для определения квазистатнческого напр яте иного состояния снмме'фичннх или нмекцих нодобнпе участка статически определяла узлове моделируемых простыми последовательно соединенными конечными элементами;

- разработан и апробирован способ упрощения коначноэламенг-ной модели гнутого колеввала, позволяющий представить его в виде прямого вала болтай и. зиваленттй даты?

- разработана математическая модель взаимодействия параметров дафоршфовашюго состо.-лси н процесса усталостного разруие-ния;

- в аналитическом виде подучена помехоустойчивые диагностические критерии, основанные на соотношениях амплитуд и фаз гармоник форы асимметричных колебаний.

Достоверность параш, результатов и шводов, полученных в работе» обеспечивается корректностью использования математического аппарата, подтверждайтся сопоставлением результатов расчетов с подученными на более простых моделях или другими методами, сравнением ртах результатов с известными экспериментальными данными» а также с данными других исследователей.

Практическая ценность работы заключается в следупцем:

- на динамических моделях с помощью численной оптимизации определены количественные характеристики мероприятий по уравновешивали» узлов зерноуборочных комбайнов;

- предложены оригинальная уравновешенная конструкция механизма решетных станов ьетро-решетноа очистки и уравновешенные когйфгурзцки колень&лов соломотрясов; - -

- определены собственные частоты н формы колебаний, вибрационное я квьзистатическое напрякешю-дефоршфовашгов состояние ведомого коленвала соломотргса згрноуборочного комбайна, разработаны »дароприятия, позволяющие повысить его элас усталостипрочности;

- для лопаток первой ступени компрессора газотурбинного авиадвигателя получены зависимости, необходимые для уточненной оценки остаточного ресурса при диагностировании.

- результата» составголлюдие научнуй новизну работы, могут быть использовала а различных отраслях промышленности, в частности - а аьнадвнгат&лестроешн н сельскохозяйственном машиностроении, при снитапта вибрационной нагругенноста узлов путем их уравновешивания, при расчете ыапротйнно-дефорюровйнного состояния для определения запаса усталостной прочности ответственных элементов, при диагностировании усталостного разрушения.

Отделыше результата диссертационной работа внедрена та авиадвигателестроительта предприятиях (ПО нМотор-С1ч°, завод нм.Климова) я в хозяйствах Запорозской области,,

Апробация работы. Диссертационная рабо з ш ее отдельные положения докладывались в обсувдались на Всесоюзной конференции "Новне технологии а РГК при производстве авиационной чехника" (г.Харьков, 1Э90г.), на Международной конференции "РгоЬаага1''91а (г.Братислава, 1ээ1г.), на Всесоюзной конференции по вибрационной технике {г.Батуми, 1991г.), на научно-технической конференции "Качество сборочных единиц машин" (г.Уфа, 1991г.), на научно® конференции "Динамика конструкций при вибрационных и сейсмических, нагрузках" (г.Севастополь, 1Э91Г.), на Республиканской научно-технической конференции "Проблема конструирования ж технологии производства сельскохозяйственных гхашин" (г.Кировоград, 1991г.), на отчетной научно-технической конференции Запороаского маиино-

строительного жнстнтута. (1991г.), но 6-2 ааучно-техшчэской конференции "Коша соггструкцшшшо стали в сшивы и катода иг обработки для в "лишения надешоста н долговечности изделий*1 (Го3адоро2ьз„ 1992г. ) о на иездународнш симпозиума "Шуи к вибрация на транспорта® {г.Санкт-Петербург. 1992г.)» на 24-ы научкш совецанш по проблемам прочности двнгателзК (г.Мосхва, 1992г.), на семинаре кЕфедры Теоретической шханикн Киевского государственного университета, на менкафедраль"оы семинара по иехашшэ Залороясхого шзшюстроятельного института.

Публикации. По основным эезультатаа выполненных исследований бшш опублкхоггна работа i 1-161» получено пологательноз резешю по заявке на изобретение [161.

Структура и объем работа. Структура работа определяется едоке! вдееЗ разработки специализированных »оделе* для последовательного описания и модернизации слоеных технических объектов, подверженных усталостному разрушению.

Диссертация состоит из введения» четырех глав, заключения» кзлокенних на 133 страницах машинописаого tl.ccта, содеретт 16 таблиц, 35 рисунков, список латератури, включений 146 наименований, ? прилоааний. Общий объем работы: 212 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕКШШЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность теш, дан краткий литературный обзор. Отмечен вклад в механику деформируемого твердого тела, теории колебаний, механику разрушения фундаментальных и прикладных работ С.А. Алферова, И.И. Артоболевского, А.Ш. Асату-ряна, В.Л. Бидермана, И.А. Биргера, В.В. Болотина, Г.И. Врызгали-на, D.C. Воробьева, Т.Т. Гаппоева, Ы.Д. Генкина, В.П. Горячкина,

г»

ЭЛ. Граго; c.li. Демздога, Ф.'С. Явяептсврга. B.C. Ивановой, О.П.. Чзрчбэпа,. D.A. Карасем, Н.П.г'лгееь'^ Б.И.Крюкова, Г.С. Мас-.таэа, Е.П. Щюзат, Ч.В. Панаскка, Я.Г. Пановко, Г.С. ГШсаренко, В.Н. Потураева, A.B. Ройтыша, В.Т. Трощенко, К.В. Фролова, И.Г. 'Шулькенко и других учета, а также таких зарубежных авторов, как J.G. Argiria, J.P. Baldwin, К.ВгеЪМа, tS.G. Bavles, J.P. Den-Hartog, В. GraboTOkt, S.G. tlutt on, J.L. Junklns, J.W. Mayen. L.R. IJiSsaon, H„ Peterson, S. Rajarsm, L. SegerElnd, M. Siratori, S.P. Timoshenko, O.e. Zlenkiewlcz и другие.

На основании анализа литературных источников сформулированы цель и конкретные задачи исследования. Дана краткая характеристика содержания работы, итракеш выносимые на защиту положения.

Первая глава ппсвящена разработке и совершенствований методов сштагния вибрационной нагрукенкости машин, пршзодян^й к возникновению усталостных поломок. Исследовались три конкретных, класса пространстветтых механизмов со слжтими кипеиатичесхиыи схемами, совершающих плоское рабочее движение - сепарирующие, подпрессовыващие, двухвальше транспортиру идо? и сепарирующие -на характерных примерах узлов зерноуборочных комбайнов.

Для ветро-ревютной очистки» соломонабивателя и соломотряса комбайнов семейства "Дон" Силч разработаны и программно реализованы специализированные модели каныштпка и динамика. В качество примера за рнс.1 показана схема модели динамики двухваль-чого транспортирующего и сепарирующего механизма, в общем случае имеющего к параллельных рабочих органов, иарнирно уеттювленных на двух коленвалах. Такая система оказывается К.-1 раз статически неопределимой. Для раскрытая статической неопределимости в соответствующей модели, разработанной в матричной ¡&>jm, учитывается способ крепления опор рабочих органов к коленвалам.

Исследование созданных моделей для стационарных режимов ра-

Схема шдрли даухва/шгаго транспорхнрумцого п сепарируждого узда

2 А/

Я

п.а

тт^Я.

г' " б

а - схема рабочего органа-о - схема пятиколеннбго к&яепБая?..

Рис.1 Клавиша соломотряса

Конфигурация коленчатого вала соломотряса

к

а б

а - схема углов закрутка; б - проекции схони колен.

Ряс.З

э

бота показало неуравновешенность этих узлов.

Применение при моделировании узлов различных кетодов, использующих симметрию механизмов ч подобие составляющих их подуз-лов, позволила упростить создание и увеличит^ бистродейсткю программного обеспечения. В результате стало возможным его использование в качестве подпрограмм при определении количественных параметров мероприятий по уравновешшанию» осуществлявшемся для ветро-решетной очистки и соломоиабивателя путем численной оптимизации. в качестве варьируемых параметров использовались геометрические и инерционные -характеристики противовесе® я добавочных грузов, четкости пружин демпферов. В качестве целевых функщ 1 использовались линейные комбинации переменных составляющих сил н моментов сил инерции,, реакций опор.

Разработанные мероприятия не позволили добиться полной уравновешенности узлов. Шло выявляло, что для скшюния достижидаго путем оптимизации количественных характеристик наименьшего уровня уравновешенности необходимо преобразование. кинематических связей механизма. Созданные пра этом «гигнвальвде уравновеаенные конструкции 8 настоящее время патентуются.

Этот вывод был апробирован при уравновешивании пятиклавишо-го соломотряса комбайна "Дон-гБОО", одна из клавиш которого схематично представлена на рис.2. Конфигурация, определяемая углами закрутки колен, а проекции вала показаны на рис.3, Уравновеиенные конфигурации коленвалов, некоторые яз которых сведены в таблицу 1, могут быть получены варьированием по различным схемам двух

углов закрутки аир (варианты 1 и 2). однако при этой относи. ... + ■ ' тельные напряжения в опасном сечении ою имеют большие достижимого

минимума значения.

Для минимизации этих напряжений вводятся еще два варьируемых

параметра X, и Хг. Они отражают соотнояение действующих на клави-

Таблица 1

Уравновешенные конфигурации каленвалов и их характеристики

Л варианта Конфигурация вала Схема Возможная | пйпмичяпия 1 4 о о а

Ы

$ Ъ>1 Ф со я £

т2,ч 1г,ч

А,

А, •т. Ъз

1 ж ш />1 А 67.21° 1,39 1,00 1,00 +

27,45° 1,00 1,00 1,00 1,0" 1,00

1,00 1,00 1,00

2 гч к*' В 104,48° 1,23 1,00 1,00 +

1 75,52° 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

1,00 1,00 1,00

3 щ ( ^ А 180,00° 1,00 0,92 1,00 ±

180,00° 1,00 1,50 1,20 1,18 1,18

1,г0 0,92 1,00

4 /г/ ЬШ: ¿.н и X3 В 127,76° 1,00 0,92 1,00 +

104,48° 1,09 1,00 1,13

1,00 1,22 1,22 0.У2 1,00

он ;л:л гтэрции и определятся произведениями относительных масс аг н радиусов колен валов г1 клавиш 1, О и 2, 4 соответственно. Пополнительно вводятся целевые функции т), н т]г, отражащие средний и максимальный разброс зачений параметров и определяющий технологичность валов при изготовлении и оксплуатации. Путем проведешя численной оптимизации были получены полностью уравно-веэекш •: конфигурации коленвалов с минимизированными напряжениями от действия сил ¡терции и хорошими технологическими характеристиками. Две таких конфигурации в качестве примера такке ттрипедеш в таблице 1 (варианты 3 и 4). Последняя из них имеет преимущество пра практической реализации (знак "+" в графз "реализуемость" табйща 1 обозначает отсутствие обстоятельств, препятствующих нртакненив варианта г знак - наличие факторов, затруднящих использование варианта).

При проверочном моделировании с различными упроаанцими допущениями было выявлено, что массы клавиш могут быть разнесена по соответствую®!» коленам валов пропорционально координатам центров масс.

Вторая глава посъятпа совершенствованию методологии применения метода конечных &яеиентов (МКЭ) при ыодалировзпза напрякеп-но-деформировягаого состояния (НДС) ответственных элементов па примере подверженных усталостному разрушению пространственная гнутых коленвалов пятиклавяшного соломотряса.

Разработана програяла, реалязупцая узкоспециализировашшЗ подход (СО и предназначенная для определения квазистатического напряженного состояния симметричных или кяекзда подобное участки узлов, шделируемых последовательно соединенными конечными элементами. Исследовано квазистатическое напряженное состояние ко-ленвалов соломотряса. Разработаны мероприятия-по их модернизации, обеспечивающие при использовании уравновешенных конфигураций по-

шшешш запаса усталостной прочности за сче« геъшзтрз-

ческих параметров узла н сгашения концентрации напряжений. В качестве примера рксД показано распределение переменной составляющей квазистатическах напряжений по длине вала - относительная длина; зав!, ■рйостн 1, 2 - ведомый вал» 3, 4 - ведущий; зависимости 1» 3 - серийный вариант узла» 20 4 - частично модернизированный путем изменения геометрических параметров).

Установлено, что сделанный в первой главе вывод о возмоаиос-ти разнесения масс клавиш по коленам валов справедлив при оггА эде-лени. НДС. С помощью метода Релея оценены таране собственные частоты колебаний коланвалов с учетом и без учета технологической нагрузки.

С помощью стандартной универсальной. программной реализации ЫКЭ исследовано шбравдотсаие 1ЩС наиболее нагруженного ведомого коленвала» определены собственные частота н формы его колебаний. При »том возбуздащая нагрузг з задавалась в виде перемещений опор. Расчеты выполнялись для серийного и модернизированного вариантов коденвала. Собственные частоты определялись прокачкой частоты, осуществлявшейся после установления колебаний. 1щс определялось при действии характерного спектра перемещений опор, задававшегося по существующим экспериментальным данным, с учетом вращения вала. Распределение вибрэцяонного НДС по длине вала имеет характер, аналогичный распределению квазистатических напряжений.

Для экономии вычислительных ресурсов за счет сокращения длины ленты бил разработан и апробирован способ упрощения конечно-элементной модели коденвала. Пространственный коленвал заменялся прямым большей эквивалентной длины. При этом наклонные стержневые конечные элементы ;заменялись параллельными оси вращения вала из условия эквивалентности деформаций в направлениях, перпендикулярных этой оси. Их длины £в1 определялись по фородле:

Распределоняа амплитуд напряжений по длине колэгааяа

<х1;у1;г1)с (х1() - координаты ограничивающих (1-1)-й конечклй элемент узлов. Плотность материала при этом такке заменялась оквиваленыой с учетом изменения суммарной длины составляющих вал элементов.

С точки зрения экономии вычислительшх ресурсов использование узкоспециализированных реализаций ЫКЭ более I зционолъно, чем ущклцение конечноэлементкых моделей.

Установлено, что примененные для модернизации коленвалов мероприятия позволяют повысить запас их усталостной прочности в 1,3 раза. Полученная расчетная оценка средней наработки на отказ хороша согласуется с существующими экспериментальными данными.

В третьей главе рассматривается модель взаимодействия параметр -в деформированного состояния и процесса рог-а усталостной трещины» синтезирующая подхода механики и теории разрушения:

р р р р тр ¡2)

де/лг-г^и'м»'».

Г

17-; ор - сосредоточенная масса;

Up(ê) - нелинейно зависящий от текущей величины трещины эквив.-пентный коэффициент упругости стержня; ?р, ир, <рр - параметри моногармонического нагружения; it - нелинейно зависящая от параметров деформированного состояния модель процесса усталостного разрушения. Для выявления характерных особенностей взаимодействия процесса периодического деформирования с процессом усталостного раз-руления первоначально рассматривается случай свободных колебаний система с одной степенью свобода (рис.ба), принимаемой за консервативную. В раскрытом состоянии трещина ослабляет некоторый учас-

Расчетная схема модели

г

/

й

£3

а

с«

а- д« - д.

—-* { Щ

<

7П.

в г Д

а - система с растущей в упругом цементе усталостной. трещиной; б - эквивалентная расчетная схема; в, г, д,- некоторые конфигурации еечения с трещиной.

Рис ,6

Сгеьш я характеристики круглого сечения с трещиной ?

<е

9.1

' ' « у Т* ал ^ б

а - конфигурация круглого сечения с трещиной; 6 - безразмерный момент инерции.

Рис.7

а

ток упругого элемента, лишу которого исходя кг пг.отезг: Сек-Ве-пана можно считать линейно пропорциональной длине самоа тр;саш. При таком допущгщк модель сводится к расчетной схеме, показанной на рис.66, и описывается системой:

1 , О)

где А', < - амплитуда н период свободных колебаний, пригашаемые в дальнейшем за параметры дефоршравамшго состояния система. Начальные условия интегрирования .задаются в виде:

— 1

где: уо - скорость сосредоточенной масса в момент начала интегрирования;

I - начальная величина трещшн; V - текуче время. Рассматриваются случае шгибя х и осевых колебаний модели при росте трещина в сеченки, верпевдикулярнок оса стеряня.

В качестве шарого уравнения систем (2)„ (3) могут быть использованы различные модели уеталосткого разруаения, в частности - справедливые для ¿шейного участка кинетической диаграммы. Среда встречающихся подходов можно выделить три принципиально различных: использование непрерывной степенной, кусочно-непрерывной степенной к экспоненциальной зависимостей скорости роста трещины от коэффициента интенсивности напряжений (КНН). Также сув^ствует подход, при котором рост усталостной трещины описывается зависящим от свойств материала дискретам набором скоростей роста, При-мешаюсть этих подходов с точки зрения теории качеств была исследована на ¡экспериментальных данных В.С.Ивановой, А.А.Шанявского. Эти данные были описаны с помощью метода наименьших квадратов

=0;

!* =о

* хо

(Е£НН) зашстазстыз кавдого из четырех типов <гргфжта I ка рта.5 -степенная завнскшсть, трвф/ат 2 - дискретны® иабср скоростей)о Сравнения остаточных средкеквадратаческих оталонени® доказало, что качественного различия а применении атак годгодов нет* В качестве второго уравнения снстет было набрано уравиепнэ Париса, кик наиболее универсальное:

йг/Ф'=сн. (ДК)П, (4)

где: Н - число циклов;

ДК - размах НИН в пределах, цикла; п показатель степени, зависящий от материала; сн - коэффициент скорое та роста трещина. Система (3) с учетом уравнения (4) бши. прнведада х безразмерному шду н численно проинтегрирована для исходит даншях лопаток первых ступеней компрессоров газотурбмшшх авиадвигателе! (изделия ТВЗ-Ш, АИ-20, ПО "Ыо?ор-С1ч"). Геохаетричасклэ характеристики ослабленного сечения определялись при ато« для случаев конфигурации трещина, показанных на рисунках 5з„ 6г„ бд. Так«® било получено решение для ведомого коленвала соломотряса., спрямленного с использованием зависимости (1). 1 этой сдучвэ геометрические характеристики сечения определялись по ох&т, показанной на рис.7а, при 8о/Ь=1„ Соответствующий этому случаи безразмерный яомент инерции сечения в качестве примера показан на ркс.7б. Проведан анализ полученных результатов.

Использование разработанной модели позволяет увеличить эффективность диагностирования усталостной трещины а повисать точ-юсть оценки остаточного ресурса конструкций.

Четвертая глава посвящена диагностированию элементов сложных шин, подверженных усталостном? разрушению» по параметрам их еформированного состояния. На основании анализа существующих поеобов диагностировглгия установлено, что наиболее перспективным

для использования прк реализации получ«опт в третьей глава результатов авл^тся гармонически анализ вреиешшх фора асиаа.!вт-ричыых колебаний. Асшдазтрия колебаний» возникащая кз-аавдшшныяв трещины, мохет быть описана зависимостью:

° ° (б)

еде; ^ - период ц амплитуда колебаний система при закрытой трещине;

^ - период я амплитуда кг-тебатй системы при раскрытой трещине;

После приведения к безразмерному виду для функции (5) и ее фоизводкых были пс тучены в аналитическом виде козффцкенты езлокения в ряд Фурье. На юс. основе с помощью ШИ были построены бобщаидае диагностические критерии» основанные на соотновениях «ив. гуд к фаз гармоник» за счет аффекта осреднени устойчивые к умам и помехам. Выло выявлено» что для диагностирования предпоч-ательно использовать сигнал виброускорений» содержащий большее мичество значишх гармоник из-за медленной сходимости ряда.

В заключении приведена основные результата диссертационной ■¡Лоты» которые состоят в следующем.

1. Разработаны, программно реализованы и исследованы динами-скне модели пространственных виброактивных узлов со сложными нематкческиш схемами, совершающих плоское рабочее движение, на имерах конкретных конструкций» подверженных усталостному разру-нию. При атом применены упрощающие методы» использующие сишл-ю узлов и подобие составляющих их подузлов.

Создана подпрограмма однопараметрической опгимизации» осно-аная на разновидности алгоритма случайного поиска. Путем чистой оптимизации, выполненной на втих моделях, для критериев

разлягся < ?/)уктург.5 ояредоапа юттастЕвпшэ параметра мероприятия >рсвпопе\тпгг1спв узлоа. В частности, исследована взаимосвязь урашовеяеннаста, квазнстатическога НДС и технологичности пространственных пптиколенчатох коленвалов двухвалышх транспор-тнрущнх я сепарирующих иехапизмов. Разработана оригинальные уравновезечные кинематические схем, часть которых в настоящее время патентуется.

Установлено, что„ как правило, количественный подбор инерця-отсшх н геометрических характеристик элементов дает больший эффект урагаювешгеапия узла при частичном изменении его схемы (на-пркмерв за счет введения противовесов, частичного изменения кшге-гатаческих связей). Накменьггй! достижимый уровень уравновешенности» характ;рлзутщй хаздую конкретную кинематическую схему, гадает бить снижен путей ее рационального качественного преобразования.

2. Разработана прогрева, реализующая узкоспециализированный подход 1"СЗ а предназначенная для определения квазистаглческого напрягешюго состояния симметрнчшх шга имеющих подобше участки ctatíHtaai определимых узлов, моделируемых последовательно соединенными конечшсз! элементами. В качестве прнт.юра ясследовано хвазистатнческое напряженное состогашз тттаколенчатого пространственного гнутого коленвала конкретного тсхтмеского объекта.

С помесью стандартной универсальной программной реализации ;2С? исследовано вибрационное напряяенно-дефордфованноэ состояние того же коленвала, определены собственные частоты и форма его шпебаний. Разработан и апробирован способ упрощения конечпо->лементной шдели коленвала, позволящий представить его в виде грямого вала больней эквивалентной длины. Проведен анализ причин гсталоспшх поломок коленвала. Разработаны мероприятия по его ¡одернизавди, исследовано их влияние на напряженное состоягше и :а запас усталостной прочности.

Установлено, что при ьсесторогшем исследовании узла с точкам зрения экономия вычислительных ресурсов л затрачшаг&эго ьреканн предпочтительно разрабатывать и применять упрсвднные коиечкоэлэ-ментные модели; использование узкоспециализированных реализаций МНЭ macro универсальных ншет преимущество перед упрощенней модели, наиболее рационально совмещение этих кар.

3. Разработана модель, учашващая взаимодействие параметров дефоршровагшого состояния и роста трещина при динашчеснш па-грузЕеюш элементов сложных ыашин, подверженных усталостному раз-рушб чш. Исследована нряглиимостъ для использования в ней разлпч-шх уравнений роста усталостной трещины. Обоснов^яа схема интегрирования свободгшх колебаний безразмерной моделн при использовании в к:-Я уравн-/1Ж: Еарнса. Показано, что эта модель дает возмог-ность более точного определения критериев, -основанных на параметрах механических колебаний,, для осуцествлешя неразруваицэго диагностирования, а такте уточнения оценки остаточного ресурса исследуемого объекта.

Получены к ксакдоваш рж-ж'Я шдде для систеш с одной степенью свободы на щгамэре конкретных лопаток газотурбинных авиадвигателей и для сложного технического объекта на примере конечноэлем&нтной аппроксимапда гштико-ленчатого коленвала.

>4. Рассмотрены возможные способы диагносту звания усталостной трещины по деформированному состоянию элементов слокных машин. Получены в аналитическом виде коэффициенты разложения в ряд фурье форм асимметричных колебаний для виброперзмещений, виброскоростей ж виброускорений. На их основе построены критерии, позволящие с ювыкегаюй точностью определять необходимый для осущесгапегад диагностирования безразмерной перюд колебаний.

Показано, что для осуществления диапю'пирова'щя предшчгл-телыю использовать вдброускорлшя. Клрзйоти.л о.Со.лдат.ий криту-

psm, основанные на сопоставлении амплитуд гармоник теореткческого и експернменталыюго радов и на определении каОДгадаеита линейной регрессии фаз гармоник, которые за счет эфЕекта осреднения позволят осуществлять устойчивое к шумам и помехам диагностирование.

В приложениях содержится документация об использовании результатов работа, приведены текста программ.

Остювное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Москаленко Т.д., Голубничий В.В., Ступа Рягин С.Л. Виброисследования селекционных зерноуборочных комбайнов зарубежного производства // Повышение технического уровня, надежности и долговечности маши: Тез. докл. Всесоюзн» науч.-техн. конф. 17-18 апреля 19Э0г. - Минск, 1990. - С. 28«

2. Москаленко Т.А., Пасичшй О.Ф.» Рягин С.Л. Ударное демпфировав нив ответственных узлов а трубопроводов зерноуборочных комбайнов // Прочность и колебания конструкций при вибрационные и сейсмических нагрузках: Материалы; науч. конф. - Запорожье, 1993. - С. 33.

3. Павлов A.A., Аблякшэва Э.Я., Рягин СЛ. Вибрационный контроль состояния машинного оборудования ft Качество сборочннх единиц машин: Тез. докл. Всесовзн. науч.-техн. конф. 4-" июя 1391г. - Уфа, 1991. - С. 13-1Э.

4. Ройтман A.B., Рягин С.Л. Вибродиагностированне упругих конструкций, расположенных на больших расстояниях // Яивучесть и реконфигурация информационно-вычислительных и управляющих систем: Тез. Докл. Третьей всесоюзн. науч.-техн. конф. - Москва, 1991. - С. 103.

5. Ройтман А.В-, Рягин С.Л. Механические колебания пространствен-: них коленвалов при росте в них усталостной трепвна // Прочность и колебания конструкций при вибрационных и сейсмических

■ нагрузках: Материал» науч. koi^. -Запорожье, 1933. - с. 17-

. Ройтман А.Б.„ Рягин С.Л. Моделирование колебашШ элементов двигателей с растущей усталостной трещиной // fes. докл. 24-го научного совещания то проблемам прочности двигателей 26-30 апреля ¿992г„ - Москва, 1992. - С. 34-35. . Ройтман A.B.„ Рягин С.Л. Снижение низкочастотной виброактивности узлов комбайна "Дон-1500" // Тез. докл. Всесовзв. конф. по вибрационной технике, октябрь 1991г. - Батуми-Тбилиси» 1991. - С. 30.

Ройтман A.B., Рягин С.Л.» Шамровский А.Д. Уравновеиивание виброактивных узлов зерноуборочных комбайнов // Прочность и колебания конструкций при вибрационных и сейсмических нагрузках: Материалы науч. конф. - Запорожье, 1993. - С. 43. Ройтман A.B., Рягин С.Л., Шамровский А.Д. Уравновешивание многоколенчатых двухвальных сепарирующих механизмов // Проблемы машиностроелия и надежности машин. - 1992. - J&S. - С. 25-31. . Ройтман A.B., Шамровский А.Д., Рягин С Л. Выбор рациональных элементов конструкции виброактивних узлов зерноуборочных комбайнов // Проблемы конструирования и технологии производства сельскохозяйственных машин: Тез. докл. республиканской науч.-техн» конф. 14-16 октября 1991г. - Кировоград, 1991. - с. 53. Рягш с.л. Моделирование техпроцессов передвшашх роботов // Ноше технологии и робо «»технические комплексы при производстве авиьдконной техники: Тез. докл. Всесоюзн. конф. 3-5 июля 1990г. - Харьков, 1990. - С. 176-178.

Рягин С.Л. Применимость ыоделеЛ роста усталостной трещины для оценки остаточного ресурса деталей // Новые конструкциотше стаж и сшшш и методы их обработки для повышения надекнос-ти и долговечности изделий: Тез. докл. 5-й науч.-техн. конф. 23-25 сентября 1992г. - Запорожье, 1992. - С. 53-59. Шамровский А.Д., Рягин С.Л. Вопросы балансировки соломтряса

гаи-йайма "Доп-1Б00" // Технологические про блоки прочности кесупдо. конструкций: Труда 1-й всесотан. конф. 24-28 сентября 1591г.: В 2-Х т. - Запорожье, 1991. - Т.2, 4.2. - С. 375-379.

14. Roytman A.B., Ryagin S.L. Inieuence of Increase of Patigue Cracks on Vibration CJiaracterlatico of Eeastlc Structure // Abstracts of Lectures of the International! Sympooium "Тгяпз-port Kolee and Vibration" at Russia on Oatober 6-8, 1992. -St.Petersburg, 1992. - P. 184.

16. Roytman A.B., Ryagin S.L., Gasanenko 7.A. Estimating the Moment of Appearance of Cracks in Metae Product // Abstracts of Lectures of Ihe Internationa? Conference on Probab.aity and UatheaatlcaS Statistics "Probastat'91" at Caecltoafiovakla on August 26-30, 1991. - Bratislava, 1991.- P. 90.

16. Положительное решение от 03.04.92 о выдаче патента по заявке Ройтмана A.B., Шамровского А.Д., Рягика С.Л., йоскаленко Т.Д. "Механизм рслетвдх станов" №003313/15 от 02.08.91.

Подписано в печать 18.06.93

Формат 60x84 1/16

Объем 1 печ. л.

Офсетная печать.

Заказ »/¿Д?

Тираж 100 экз.

Отпечатано на "гог-:а1:оре" ЗЦНТИ 330002, г.Запорожье, пр.Ленина, 77.