Остаточный ресурс несущих металлоконструкций тягового подвижного состава тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

На правах рукописи

^ Уса-

¿Г

ВОЛОХОВ Григорий Михайлович

ОСТАТОЧНЫЙ РЕСУРС НЕСУЩИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

01.02.06 — «Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Орел 2006

Работа выполнена на ЗАО УК «Брянский машиностроительный завод» и в Брянском государственном техническом университете

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Тихомиров Виктор Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Савин Леонид Алексеевич

доктор технических наук, профессор Пономарев Юрий Константинович

доктор технических наук, профессор Михальченко Георгий Сергеевич

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский и конструк-торско-технологический тепловозный институт (ФГУП ВНИКТИ), г. Коломна

Защита состоится октября 2006 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д212.182.03 при Орловском государственном техническом университете по адресу: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Орловского государственного технического университета

Автореферат разослан сентября 2006 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

- /^ТВорзенков М.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации рассмотрены вопросы, связанные с решением крупной научной проблемы оценки остаточного ресурса несущих металлоконструкций тягового подвижного состава.

Актуальность темы. В связи с наметившимся спадом объемов перевозок после 1988 года, на железных дорогах к 1996 году оказались невостребованными: 58,7 % грузовых вагонов, 33,5 % магистральных грузовых электровозов, 26,4 % магистральных и 8,3 % маневровых тепловозов. Избыток грузового и тягового подвижного состава сохранялся до 1999 года, но вместе с тем происходило его естественное сокращение из-за выбытия по назначенному сроку службы (по техническим условиям (ТУ) на установленный тип локомотива). В парке локомотивов интенсивно нарастало количество техники, эксплуатируемой с превышением назначенного срока службы. На настоящий момент в эксплуатации находится 37 % пассажирских и 27 % грузовых локомотивов, у которых срок службы превышает назначенный.

В целом состояние подвижного состава железных дорог приходит к критическому уровню. Непринятие срочных, незамедлительных мер приведет к тому, что к 2010 году выработают назначенный срок службы: 58 % вагонов, 71,5 % электропоездов постоянного тока, 39,8 % электропоездов переменного тока; 93,0 % магистральных тепловозов и 71,4 % маневровых тепловозов.

При эксплуатации подвижного состава за пределами назначенного срока службы существенно ухудшаются показатели безопасности и экономической эффективности, растет ресурсо- и энергоемкость перевозок. В перспективе возникают угрозы: с одной стороны — резкое повышение расходов на эксплуатацию устаревшего подвижного состава, а, следовательно и тарифов, с другой стороны — невозможность осуществлять перевозки из-за физического отсутствия грузового и пассажирского подвижного состава.

Указанные обстоятельства усугубляются ещё и тем, что с 1999 года началось увеличение объемов перевозок, и к 2003 году они выросли более чем на 18%. На основании технико-экономических исследований института «Ги-протранс» определена потребная численность парка локомотивов до 2010 го-

да. В сопоставлении с имеющимся в наличии количеством следует отметить, что уже сегодня образовался существенный дефицит (более 50 %) пассажирских и грузовых локомотивов.

При ограниченных инвестиционных возможностях полная замена имеющегося парка на локомотивы нового поколения до 2010 г. нереальна. Поэтому в данный период целесообразно наряду с постепенным обновлением парка за счёт поставок новых локомотивов продлить срок службы части парка выполнением капитальных ремонтов с продлением срока службы, в том числе с модернизацией (МЛП).

Изложенная постановка проблемы подразумевает под собой её обязательное научное сопровождение для решения конкретных задач по оценке величины остаточного ресурса несущих металлоконструкций, как инструмента продления назначенного срока службы и мер его обеспечения в процессе проведения ремонта тягового подвижного состава. Это направление исследований приобретает особую значимость с учетом тенденции по организации ремонта и технического обслуживания объектов по текущему состоянию.

Тема диссертации посвящена вопросам, соответствующим планам научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ отрасли на 1993-2003 годы, утвержденным Указаниями МПС: № 103у от 12.05.93 «Стратегия научно-технической политики в новых условиях работы железнодорожного транспорта»; № 80у от 21.04.2001, № 104у от 24.06.2002 — программы развития отечественного локомотивостроения, вагоностроения, путевого комплекса. Эти планы формировались для реализации «Государственной Программы по повышению безопасности движения на железнодорожном транспорте Российской Федерации на период 1993-2000 годов», принятой Правительством Российской Федерации 29.10.1992г. № 833.

Целью работы является научное обоснование и конструкторско-технологическое обеспечение продления срока службы несущих металлоконструкций тягового подвижного состава путем оценки остаточного ресурса.

Для достижения сформулированной цели были поставлены и решены следующие основные задачи:

1. Провести исследование видов эксплуатационных повреждений несущих металлоконструкций рам маневровых тепловозов, выявить наиболее типичные, определяющие потерю их несущей способности.

2. Исследовать типичные эксплуатационные ситуации работы маневрового локомотива в условиях горочной сортировки составов по видам и количеству, приведённых к одним суткам. Исследовать и схематизировать эксплуатационную нагруженность, с применением ограничений по величине минимально учитываемых амплитуд напряжений, исходя из порогового коэффициента интенсивности напряжений и величины минимально допустимой длины трещины по техническим условиям на сварные швы.

3. Разработать методику оценки остаточного ресурса челюстной унифицированной рамы тележки и шкворневого узла главной рамы тепловозов.

4. Обосновать применимость и апробировать локально-деформационный подход к оценке усталостной долговечности несущих металлоконструкций подвижного состава на этапе повреждаемости до зарождения трещины.

5. Разработать и теоретически обосновать метод суммирования повреждений на этапе роста трещины.

6. Разработать метод назначения критериев предельного состояния для несущих металлоконструкций подвижного состава.

7. Провести анализ прочностных свойств конструкционных сталей, используемых для изготовления несущих металлоконструкций подвижного состава по деформационным критериям, механики разрушения и исследовать устойчивость их характеристик прочности во времени с использованием моделей теории катастроф.

Методологией_исследований является детерминировано-

вероятностный подход к изучению и описанию процессов накопления повреждаемости и живучести несущих элементов машин.

Теоретические исследования базируются на основных положениях теории суммирования повреждений и механики разрушения. Оценка устойчивости временных характеристик прочности конструкционных сталей произведе-

на с использованием моделей теории катастроф.

Экспериментальные исследования проводились на натурных изделиях — металлоконструкциях тягового подвижного состава (рамы тележки и шкворневого узла главной рамы тепловоза типа ТЭМ2 производства ЗАО УК БМЗ).

Научная новизна работы заключается в следующем:

- обоснован усредненный эквивалентный режим нагружения маневрового тепловоза для условий горочной эксплуатации, а также получен эквивалентный спектр нагруженности, с использованием ограничений по величине минимальных амплитуд напряжений;

- предложен и обоснован метод назначения критерия предельного состояния несущих, рамных, коробчатых конструкций тягового подвижного состава;

- предложена и апробирована линейная гипотеза суммирования повреждений на этапе роста трещины в несущих металлоконструкциях тягового подвижного состава;

- предложена и апробирована методика оценки устойчивости характеристик прочности конструкционных сталей, применяемых для изготовления несущих металлоконструкций тягового подвижного состава, во времени с использованием моделей теории катастроф и критериев механики разрушения;

- разработана и апробирована детерминировано-вероятностная методика оценки остаточного ресурса металлоконструкций тягового подвижного состава на базе локально-деформационного подхода и статистического моделирования ситуаций по алгоритму метода Монте-Карло;

- осуществлена оценка остаточного ресурса металлоконструкции унифицированной челюстной рамы тележки и шкворневого узла главной рамы тепловозов типа ТЭМ2, которая подтвердила возможность продления их срока службы на 15 лет.

Достоверность результатов экспериментальных исследований подтверждена применением научно обоснованных методик проведения тензомет-рирования и испытаний натурных металлоконструкций тягового подвижного состава, многочисленными результатами их стендовых испытаний на сопро-

тивление усталости, применением поверенного лабораторного оборудования и данными эксплуатационных повреждений; теоретических исследований достигнута использованием научно обоснованных расчетных схем, применением современных математических методов, вычислительных средств и подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными как лично автором, так и другими исследователями.

Практическая ценность и реализация результатов работы:

1. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований создана общая методология оценки ресурса металлоконструкций тягового подвижного состава, включая остаточный, апробированная на реальных конструкциях железнодорожной техники. Разработанная методология позволила выявить фундаментальные закономерности возникновения и развития трещин в процессе эксплуатации реальных силовых элементов подвижного состава, классифицировать виды дефектов, обосновать и сформулировать общие принципы формирования критериев предельного состояния материалов и конструкций, изготовленных из них и выработать конструкторские и технологические меры по обеспечению ресурса на продленном периоде.

2. Разработанная автором методология оценки и управления ресурсом несущих металлоконструкций тягового подвижного состава, включая остаточный, реализована на Брянском машиностроительном заводе при проведении капитального ремонта с продлением срока службы тепловозов типа ТЭМ2. Указанная методология реализована в виде методик по контролю технического состояния металлоконструкций, конструкторских мероприятий доработки потенциально опасных зон по зарождению трещин и технологических операций по их упрочнению наклепом, что позволило продлить срок эксплуатации несущих металлоконструкций на 15 лет сверх назначенного ресурса.

3. Разработанная автором методология оценки текущего состояния металлоконструкций дает возможность при ограниченных инвестиционных возможностях отрасли наряду с постепенным обновлением парка новых локомотивов научно обоснованно продлить сроки службы части действующего пар-

ка, тем самым облегчая отрасли выход из критического состояния на данном этапе переходного периода.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на: - III и IV международных научно-технических конференциях «Состояние и перспективы развития электроподвижного состава» Всероссийского научно-исследовательского института электровозостроения в Новочеркасске в 2000 и 2003 годах; - XI и XII международных научно-технических конференциях «Проблемы развития рельсового транспорта» Восточноукраинского национального университета в Крыму в 2001 и 2002 годах; - 56-й научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов Брянского государственного технического университета в 2002 году; - международном конгрессе «Механика и трибология транспортных систем — 2003» Ростовского государственного университета путей сообщения в Ростове-на-Дону в 2003 году; - семинаре отдела «Прочность, безопасность и живучесть машин» Института машиноведения РАН в Москве в 2004 году; - 5-й международной научно-технической конференции «Обеспечение и повышение качества машин на этапах их жизненного цикла» Брянского государственного технического университета в 2005 году.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано: монографий - 1; статей в центральных и зарубежных научных рецензируемых изданиях и сборниках, входящих в «Перечень периодических научных и научно-технических изданий, выпускаемых в Российской Федерации, в которых рекомендуется публикация основных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук» — 14; тезисов докладов на международных, всероссийских и региональных научно-технических конференциях — 4; авторских свидетельств на изобретения — 7.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников из 183 наименований и приложения, содержит 204 страницы машинописного текста, 91 рисунок, 28 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложены ее научная новизна и практическая значимость, а также основные результаты, достигнутые в ходе проведения теоретических и экспериментальных исследований.

1. Состояние проблемы прочности несущих металлоконструкций тягового подвижного состава и постановка задач исследования. Вопросам прочности несущих металлоконструкция, включая остаточную, посвящено значительное количество работ. Многочисленными авторами установлено, что процесс потери несущей способности металлоконструкции, по сопротивлению усталости, носит двухстадийный характер, включающий в себя повреждаемость (структуры металла) и живучесть (рост трещины)

¿ = ¿1+^2» 0) где Ь\ - ресурс металлоконструкции на стадии накопления усталостной повреждаемости металла (до зарождения трещины); — ресурс металлоконструкции на стадии живучести (рост трещины до потери несущей способности).

При этом остаточный ресурс, определяющий возможность продления эксплуатации определяется как

А>ст (2)

где Ьп — ресурс, соответствующая назначенному сроку службы.

Различные аспекты прочности и надежности металлоконструкций были объектом исследований учёных. В трудах В. В. Болотина, А. П. Гусенкова, В. С. Ивановой, В. П. Когаева, Н. А. Махутова, Е. М. Морозова, Г. С. Писа-ренко, Ю. М. Роботнова, О. Н. Романива, С. В. Серенсена, Н. Е. Даулинга, Дж. Коллинза, С. Менсона, Р. В. Херцберга и многих других, рассмотрены и изучены прочностные свойства конструкционных сталей. В частности исследованы вопросы усталостной повреждаемости, её накопления, живучести; влияния на указанные процессы конструктивных, технологических факторов; видов, величины и частоты приложения нагрузки, её асимметрии; установлены подходы к назначению критериев потери несущей способности металлоконструкций; подобраны математические модели и многое другое. К сожалению, накопленный эмпирический и теоретический материал получен на стан-

дартных образцах и модельных элементах конструкций. Распространение этих результатов па натурные конструкции с целью оценки их сопротивления усталости представляет собой серьёзную научную и инженерную задачу.

Количество выполненных работ по оценке прочности натурных металлоконструкций не так уж и велико. Из них следует отметить труды: С. С. Дмитриченко, М. М. Крайчика, И. В. Кудрявцева, Н. Е. Наумченкова, Н. И. Пригоровского, В. И. Труфякова, В. Б. Цкипуришвилли, которые показывают, что одним из реальных путей достижения поставленной цели является расчёт-но-экспериментальный.

Анализ работ непосредственно по остаточной прочности натурных металлоконструкций, представленных в работах В.Т. Алымова, Н. Н. Карнауха, В. С. Котельникова, А. М. Лепихина, Е. А. Малова, Н. А. Махутова, Э. С. Оганьяна, Н.А. Короленко, Т. Н. Прилепо, Т. П. Севериновой, А. П. Шлюшен-кова, и других авторов, позволяет формализовать цель и задачи исследования остаточного ресурса, наметить этапы их решения на базе разработанных нормативных актов, рис. 1, однозначно использовать установившиеся подходы и терминологию применительно к проблеме о продлении назначенного срока службы несущих металлоконструкций тягового подвижного состава.

Однако, в них отсутствуют конкретные требования применительно к объектам тягового подвижного состава:

- рекомендации по назначению эквивалентных режимов на1ружения для объектов, испытывающих воздействие переменных во времени нагрузок в разнообразных условиях эксплуатации тягового подвижного состава;

- надежные методы прогнозирования изменения прочностных характеристик металла на период длительной эксплуатации (40+60 лет) тягового подвижного состава;

- критерии предельного состояния металлоконструкций тягового подвижного состава с учетом возможного изменения свойств и прочностных характеристик металла в диапазоне климатических температур.

_л_

Объект, выработавший назначенный ресурс

Анализ технической документации:

Оперативная (функциональная) диагностика

Экспертное обследование

эксплуатационной, монтажной, ремонтной, по расчетам на прочность, по ремонту объектов и отказам

Визуальный осмотр, промеры, дефектоскопия, металлография

Анализ механизмов повреждения Выявление определяющих параметров технического состояния

Предварительный анализ информации для принятия решения

Дальнейшая эксплуатация

1 Уточнение НДС Уточнение предельных состояний и их критериев 1 1

Уточнение характеристик материалов

Расчетные: МКЭ, усталостная повреждаемость, механика разрушения и др. Экспериментальные: тензометрирование,

неразрушающая дефектоскопия и др.

Выбор критериев _

Оценка остаточного ресурса

Статическое нагружение, многодикловая усталость, хрупкое разрушение

Принятие решения - Дальнейшая эксплуатация

Л

Ремонт

П

Демонтаж

Рис. 1 Структурная схема программы исследований остаточного ресурса несущих металлоконструкций тягового подвижного состава

Объективно складывающаяся ситуация выделяет оценку остаточного ресурса как самостоятельную задачу в проблеме обеспечения промышленной безопасности.

Исходя из изложенного, была поставлена цель настоящей диссертации и определены пути её достижения.

2. Теоретические методы оценки ресурса несущих металлоконструкций тягового подвижного состава. Настоящая экономическая ситуация в стране в целом делает важными задачи по проведению модернизации, ремонту, а часто просто по продлению ресурса эксплуатируемых технических объектов подвижного состава железных дорог.

С этой целью проведено сопоставление существующих методов расчета

усталостной долговечности для несущих металлоконструкций тягового подвижного состава.

Метод, основанный на номинальном напряжении (традиционный), использующий связь между номинальным напряжением 5 и циклическим ресурсом N в виде кривой полученной при мягком цикле нагружения, базируется, главным образом, на линейно-упругом анализе напряжений. За номинальные напряжения принимаются расчетные либо экспериментальные величины, отвечающие зависимостям сопротивления материалов.

Метод локальной деформации рассматривает изменение локального напряжения а и деформации е в точке концентрации напряжений, подразумевает под собой использование более совершенных методов анализа напряженно-деформированного состояния конструкции в упруго-пластической постановке. Метод сходен с методом номинального напряжения в том смысле, что в нем используется кривая е-Ы (по аналогии с Б-Ы), полученная при жестком цикле нагружения.

В методе, основанном на механике разрушения, учитываются факторы, обуславливающие зарождение трещины и ее рост. Основной переменной является параметр — коэффициент интенсивности напряжений (ЬСИН) ЛК. Для определения долговечности, ограниченной длиной трещины €кр, используется связь скорости изменения ее длины с указанным параметром (уравнение Пэ-риса). Таким образом, разницу между указанными тремя методами можно представить в виде табл. 1.

Таблица 1. — Сопоставление расчетных методов оценки ресурса на этапах до зарождения трещины и ее развития

Метод Первичные переменные Учитываемый эффект

пластичность рост трещины

Номинальное напряжение нет нет

Локальная деформация сг; да нет

Механика разрушения АК; ЛГ; 1 нет да

Из анализа работ следует, что метод локальной деформации является более обоснованным, поскольку, давая сопоставимые оценки усталостной долговечности в многоцикловой зоне он позволяет более строго учитывать: эф-

фект от перегрузок в малоцикловой зоне, влияние средних напряжений. Из гипотезы линейного суммирования повреждений вытекает:

Ч , (3)

т-Осз

к „

где т — количество суток эксплуатации в году; £>сз = V-— - суточная доля

М ^

поврежденности металлоконструкции тягового подвижного состава; к — количество блоков гистограммы распределения эксплуатационных деформаций; п, — количество циклов действия деформаций в локальной зоне конструкции амплитудой е,; N1 - количество циклов нагружений стандартного образца (до его повреждения трещиной С0) по кривой усталости от воздействия деформаций амплитудой

Уравнение кривой усталости в деформационном подходе:

' Е

( \

(

(2^)* + 1 — ~~ (2ЛГ)С, (4)

Т/) I аг)

где с, — амплитудное значение деформации; а0 - среднее напряжение цикла с учетом остаточных; 2ЛГ - число полуциклов до зарождения трещины; Е -модуль упругости материала; в сг/, Ь , с — постоянные материала.

Рассмотрев предпосылки расчета повреждаемости конструкции на этапе до зарождения трещины, оценим её живучесть по аналогии с (3):

¿2=-—, (5)

т-Оср

где Др= -£/{кр~ суточная доля повреждаемости металлоконструкции на этапе роста трещины ■£■„ величина которой рассчитывается от воздействия эксплуатационной нагруженности до предельного значения €кр.

=(*<,№ -£)•£< (6)

где и, с — постоянные материала, определяющие кинетику развития трещины в уравнении Пэриса ; <7/ - амплитуда напряжений эксплуатационной нагруженности г'-го блока; и,- - количество циклов действия напряжений амплитудой ас, к - количество блоков гистограммы распределения эксплуатационных напря-

жений; 4 - начальная величина трещины для несущих металлоконструкций тягового подвижного состава (по ТУ).

Проведенный анализ показал, что расчёт периода живучести металлоконструкции возможен при обоснованном назначении её предельного состояния по допустимой, с точки зрения безопасности, критической величины трещины — €кр. Решение поставленной задачи осуществлялось путем численного моделирования трещины металлоконструкции с оценкой её устойчивости по критериям прочности и экспериментальным способом, по результатам натурных испытаний на усталость.

Для оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) несущих металлоконструкций тягового подвижного состава в зоне трещины, при её моделировании, наиболее отвечает критерий Писаренко — Лебедева

*о,2 •сг( +(1-го,2)-°"1 (7)

гДе Хо 2 " параметр, характеризующий степень участия в макроразрушении

сдвиговой деформации, создающей благоприятные условия для разрыхления металла и образования трещин (в эксплуатационном диапазоне изменения температур); аг интенсивность напряжений, рассчитываемая по гипотезе получившей название удельной энергии формоизменения; а, - первое главное напряжение; А — константа, зависящая от вида имеющихся в металле дефектов; / — параметр напряженного состояния, отражающий жесткость нагруже-ния; [сг] - величина допускаемых напряжений по нормам прочности.

Для анализа условий распространения трещины в металлоконструкциях подвижного состава используются также критерии локального разрушения, основанные на достижении в наиболее напряженной зоне критического номинального напряжения (егс). Согласно литературным данным для низкотемпературного разрушения малоуглеродистых сталей <тс является характеристикой, практически не зависящей от температуры испытаний. Из проведённого анализа гипотез хрупкого разрушения предпочтение для металлоконструкций тягового подвижного состава было отдано критерию, предложенному Ханом.

Обобщая эмпирические зависимости для оценки критической величины

КИН К[С по критерию критического номинального напряжения в плоскости развитая трещины, он пришёл к выводу, что все предложенные до настоящего времени зависимости могут быть приведены к виду сгс/оу = Р(К1С/<тт ).

Уточнение функции в правой части приведенного уравнения позволило придать ему вид ас/ат - а(К1С¡ат /', где а и /3 - эмпирические константы.

Анализируя известные литературные данные по малоуглеродистым сталям с учётом влияния на ас и К1С температуры и скорости нагружения, Хан предлагает следующую универсальную зависимость

Ккст1г-(ас/2,35У <0, (8)

которая подтверждается им экспериментально.

Открытым остаётся вопрос об устойчивости характеристик прочности конструкционных сталей во времени для металлоконструкций, длительно эксплуатирующихся под воздействием переменных нагрузок. Анализ теоретических и эмпирических подходов к описанию кривой усталости конструкционных сталей показывает преимущество экспоненциального ее представления

АГ = Мк-е~а&(-а)~~СОП!:'(-ет*)\ (9)

где Л7, Лд - общее число циклов и число циклов, соответствующие точке перелома кривой усталости для данного коэффициента асимметрии цикла Л; а — коэффициент пропорциональности; Дст) — некоторая функция от приложенных напряжений; сош/(о>) - величина сдвига экспоненты соответствующая пределу выносливости а>. Расхождения в указанных подходах различаются структурой функции _До) для амплитуд напряжений.

В настоящее время достигнуто понимание в необходимости учета гис-терезисных явлений, происходящих при усталостной повреждаемости материалов. Это осуществляется путем деформационного представления кривой усталости, полученной при жестком нагружении са-сопз1 в виде кривой усталости с асимптотическим приближением к пределу выносливости.

Наряду с изложенными фактами, следует отметить, что в конце прошлого века интенсивно разрабатывался математический аппарат теории особенностей дифференцируемых отображений, получивший название - теория ката-

строф.

В основу применения теории катастроф к исследованию повреждаемости конструкционных сталей положены следующие допущения: - образец конструкционной стали (вырезанный из металлоконструкции) представляет собой термодинамическую систему; - усталостная повреждаемость образца конструкционной стали, представляется совокупностью деградационных физических процессов, протекающих под воздействием переменной во времени нагрузки и характеризующихся в своем предельном значении зарождением трещины — катастрофой; — следствием действия нагрузки является порождаемое ею поле напряжений, вызывающих глобальную, локальную и субмикроскопическую деформации; — в основу анализа напряженного состояния положены представления, предложенной H.H. Давиденковым классификации по <*|;И;Ш и ti.n.ni - напряжений и относительных деформаций соответственно I, II и III-родов.

Рассмотрим предпосылки применения теории катастроф к свойствам образцов конструкционных сталей несущих металлоконструкций тягового подвижного состава — флаги катастроф, приведены в табл. 2.

Таблица 2. — Характерные признаки (флаги) адекватного использования теории катастроф в области усталостной повреждаемости конструкционных сталей

№ п/п Название флага катастрофы Физический процесс — усталостная повреждаемость (да/нет)

1 Модальность (физическая система может иметь два или более состояния) повреждаемость — рост трещины

2 Недостижимость (предполагаемый переход от одного минимума к другому через седло-поверхность отрицательной Гауссовой кривизны) повреждаемость и рост трещины описываются различными уравнениями

3 Катастрофические скачки (медленно протекающие изменения функции отклика приводят к качественному изменению минимального значения потенциальной системы) результат повреждаемости — зарождение трещины

4 Расходимость (неустойчивость физического процесса в траектории управляющих параметров) деградация прочностных свойств

5 Гистерезис (поглощение и рассеивание энергии) Да

6 Расходимость линейного отклика неизвестно

7 Критическое замедление, смягчение моды (градиентность системы) зависимость прочностных свойств сталей от температуры

8 Аномальная дисперсия (экспоненциальная связь между вероятностью состояния системы и потенциальной функцией ее описывающей) да

Анализ табл. 2 позволяет сделать вывод об адекватности применимости теории катастроф к исследованию процессов усталостной повреждаемости конструкционных, сталей, из которых изготовлены несущие металлоконструкции тягового подвижного состава. Исходя из положения о потенциальности термодинамической системы образца конструкционной стали, рассмотрим ее поведение при условии постоянной температуры. Наиболее адекватной моделью теории катастроф, отвечающей изложенным условиям, является функция типа А3 (классификация типов функций элементарных катастроф по В.И. Арнольду), получившая название сборки.

Неизвестную зависимость До) из уравнения (9) аппроксимируем

f(<y) = aE + bs2 + s4, (10)

где£ — параметр порядка, имеющий смысл относительной деформации; а, Ъ — управляющие параметры соответственно.

Подставив уравнение (10) в (9) получаем (без учета const по o>)

= (И)

где компоненты экспоненты в первом приближении можно рассматривать как: сг/ = а-ав = E¡e; ац-a be2 = E¡¡e2\ сг¡¡j = а ■ е4 = Еще4 ,

где — модуль упругости Юнга, E¡¡ и Еш — эффективные модули упругости величин напряжений соответственно II и III родов.

Ец — эффективный модуль упругости напряжений второго рода, отвечающий за величину и изменение во времени остаточных напряжений в материале, образовавшихся в результате термообработки либо механического деформирования. Известно, что со временем напряжения второго рода имеют направленность релаксации выраженную в 0/f=>0. Отсюда следует ожидать, что в процессе усталостной повреждаемости величина управляющего параметра Ъ будет также уменьшаться (6=>0).

Ещ - эффективный модуль упругости напряжений третьего рода, определяющий искажение кристаллической решетки металла вследствие образования дислокаций, их перемещения, диффузии, коалесценции дефектов и т. д.,

приводящих к зарождению микротрещины — катастрофе. Учитывая, что при усталостных процессах в материале плотность дислокаций растет на несколько порядков, следует ожидать значительный его рост.

Разделив на коэффициент Ещ, и введя новые обозначения {т~Ец1Еш\ п=Е]/Ет) управляющих параметров в экспоненте (11) получаем катастрофу типа Аз, для которой известно, что она теряет устойчивость при выходе управляющих параметров из области, ограниченной линиями сепаратрисы складки.

Определение величин управляющих параметров, с целью оценки устойчивости системы производилось из условия стремления к минимуму энергии системы (образца конструкционной стали) ёа1<°)=>тт, /е(е,т,п) = 0. Определение неизвестных параметров (ш,п) осуществлялось из системы

|4^1+2|яг„+я = 0, (12)

гдег,! и ея2 — величины деформаций для наработки количества циклов N=0,5 и ^=6-106, рассчитываемые по эмпирической зависимости аналогичной (4).

3. Экспериментальные методы оценки ресурса несущих металлоконструкций тягового подвижного состава. Системный подход к оценке остаточного ресурса металлоконструкций тягового подвижного состава подразумевает под собой обязательные экспериментальные исследования отдельных узлов и зон обследуемого объекта. В случае приемлемых временных и финансовых затрат проводят разрушающие испытания натурных конструкций, в противном, ограничиваются испытаниями вырезанных образцов металла или применяют всевозможные неразрушающие методы контроля. В любом из перечисленных вариантов информации должно быть достаточно для принятия достоверного решения.

Является очевидным, что наиболее адекватные результаты испытаний могут быть получены при воспроизведении на объекте исследований реальной схемы сил и приложении их величин по законам, характерным для эксплуатации. Несмотря на свою привлекательность, изложенный метод проведения эквивалентных стендовых испытаний так и не получил широкого распростране-

ния. Это связано с технической сложностью, дороговизной и их длительностью ввиду низкой частоты проведения испытаний. В связи с этим, большинство испытаний по оценке остаточного ресурса несущих металлоконструкций подвижного состава проводят обычно при простых схемах, позволяющих реа-лизовывать более высокие частоты нагружения, на резонансных стендах.

Этим способом были проведены испытания боковин, как балки на двух опорах, унифицированных рам челюстных тележек тепловозов ТЭМ2. Отбор был произведен в локомотивном депо Лихоборы Московской железной дороги. Металлоконструкции рам, снятые с эксплуатации по истечению назначенного срока службы (20-25 лет), видимых трещин и дефектов не имели. Учитывая, что по результатам проведенных ранее исследований при постановке рам на производство и обследования данных эксплуатации, наиболее нагруженными являются боковины, включая зоны буксовых кронштейнов, то они и подвергались усталостным испытаниям. Поэтому, образцы рам разрезались на отдельные боковины. Затем они дорабатывались таким образом, чтобы исключить влияние мест разрезки на результаты испытаний.

Испытания боковин на усталость проводились при изгибе в вертикальной плоскости, как наиболее характерной нагрузке в эксплуатации. Перед проведением испытаний исследуемые зоны каждой боковины оснащались тензорезисторами. Их показания тарировались при нагружении боковины статическими усилиями. Статическая нагрузка на все боковины была одинакова и составляла 785 кН, что соответствовало изгибающему моменту в наиболее нагруженном сечении балки 650 кН-м. Эта величина задавалась в соответствии с нагрузками от надтележечного веса тепловоза. Динамическая составляющая нагрузки изменялась в процессе испытаний для каждой боковины. Первоначальный уровень динамических напряжений принимался равным пределу выносливости новых боковин (30 МПа). Если при испытаниях на этом уровне нагрузки на базе 107 циклов боковина повреждалась с зарождением трещин, последующая нагрузка снижалась на 10-45%. Таким образом, каждая исследуемая зона боковины испытывалась на двух ступенях динамической нагрузки с частотой 33 Гц. На следующем этапе испытаний развившиеся

в боковинах трещины заваривались, заваренная зона подвергалась упрочнению путем наклёпа. После этого испытания боковины продолжались до наработки 107 циклов нагружений. Таким образом, исследовалась возможность ремонта повреждённых рам. Режимы нагружения, осуществлённые при изложенных испытаниях, и полученные результаты приведены в табл. 3.

Таблица 3. - Результаты испытаний боковин унифицированных челюстных тележек тепловозов ТЭМ2, отработавших в эксплуатации назначенный срок службы в 20-25 лет

Статическое напряжение в испытываемом сечении боковины, МПа Динамическое напряжение в испытываемом сечении боковины, МПа Число циклов до разрушения боковины Место разрушения Примечание

1 31,5 30 2,9-10" нижний лист боковины, от сварного шва крепления к нему нижнего листа поперечной балки боковина в исходном состоянии

2 31,5 25 107 не разрушилась —

3 31,5 27,5 107 — —

4 31,5 30 3,5*10в нижний лист боковины, с обеих сторон от сварного шва крепления к нему нижнего листа поперечной балки —

5 31,5 30 ю7 не разрушилась боковина после заварки и упрочнения

6 31,5 30 10' — —

Результаты испытаний подтвердили наличие существенного резерва по остаточному ресурсу у металлоконструкций челюстных рам тележек тепловозов типа ТЭМ2. Проведение их восстановительного ремонта требует тщательной дефектоскопии наиболее напряженных зон металлоконструкции, потенциально опасных по зарождению усталостных трещин, и назначению ремонтных, восстановительных и упрочняющих технологий.

Оценка остаточного ресурса путем проведения разрушающих испытаний не всегда возможна и экономически оправдана. Поэтому всё более широко применяются неразрушающие испытания не только для выявления дефектов, но и для количественной оценки их типа, размеров и степени изменения характеристик прочности материалов. Переход от простого обнаружения дефектов к установлению их количественных характеристик связан с необходимостью определить остаточный срок службы металлоконструкций. Этот переход осуществляется параллельно с развитием механики разрушения и других

методов управления долговечностью, которые требуют количественной информации о степени опасности дефектов.

С целью проведения сопоставительного анализа неразрушающих методов контроля были сформулированы факторы ранжирования, подлежащие определению в процессе исследования объекта.

По свойствам: А — степень деструкции структуры материала - повреж-дённость; Б — изменение прочностных свойств; В — локализация и определение размеров дефектов. По возможности контроля: Г — глобальный; Д — локальный; Е - поверхности; Ж — толщины; 3 — объёма. По необходимой технологической подготовке объекта: — К.

На основе сформулированных факторов и возможностей применения методов неразрушающего контроля проведено их ранжирование с помощью оценки 1/0 — да/нет. Результаты проведенного анализа сведены в табл. 4.

Таблица 4. - Результаты ранжирования методов неразрушающих исследований по факторам и возможностям

Факторы и возможности применения метода Метод регистрации н измерения

Капиллярная дефектоскопия Магнитные Радиографические Ультразвуковые Акустические Вдавливание 11идс11-тора - склерометрия

остаточная намагниченность коэрцитивная сила

А 0 1 1 1 0 0 1

Б 0 0 1 0 0 0 1

В 1 0 0 1 1 1 0

Г 1 1 1 0 0 0 0

д 1 1 1 1 1 1 1

Е 1 1 1 0 0 1 1

Ж 0 1 1 1 1 1 0

3 0 1 1 1 1 0

к 1 1 1 0 0 0 0

£а+. . ,+к 5 7 8 5 4 5 4

Анализ результатов табл. 4 показывает, что наиболее перспективными методами для исследований несущих металлоконструкций тягового подвижного состава являются магнитные, но они не позволяют локализовать и установить размеры подповерхностного дефекта. Поэтому на практике используют совместно два-три метода.

Излагаемый подход к оценке долговечности, являясь одним из возможных, не дает единой методологической базы, обеспечивающей сопоставимость результатов оценки ресурса для однотипных металлоконструкций локомотивов. Это связано с тем, что реальный ресурс и его расчетная оценка в

значительной мере определяется нагрузками, воспринимаемыми тепловозом в процессе его эксплуатации. Очевидно, что весь спектр возможных условий эксплуатации невозможно учесть, поэтому был сформирован усредненный режим эксплуатации маневрового тепловоза в виде репрезентативного набора типичных ездовых ситуаций, сведенных в табл. 5, 6.

Таблица 5. — Усредненное распределение типичных эксплуатационных ситуаций за 1 сутки для маневрового тепловоза (типа ТЭМ2) при его работе на сортировочной горке и подъездных путях к ней

Описание эксплуатационной ситуации Протяженность в км Количество

Общая протяженность маршрута. В том числе: - рабочий парковый путь; - надвиг на горку; - путь обратного пробега; - вершина горки. 3,552 1,25 0,4 1,9 0,002

Прохождение кривых: - 600 м; - 300 м. 0,46 0,38 4 18

Прохождение стрелки: - прямые; - боковые. 0,002 0,002 9 48

Прохождение вершины горки 10

Количество обрабатываемых составов 36

Среднесуточный пробег 124,8 км

Среднемесячный коэффициент использования бюджета времени тепловоза 93,6 %

Таблица 6. — Усредненное распределение максимальных сжимающих и тяговых сил на автосцепке при обработке составов маневровым тепловоза (типа ТЭМ2) за 1 сутки при его горочной работе

Диапазон сил в кН Сжатие (подход к составу), раз Растяжение (тяговое усилие), раз

до 200 12

201-400 4 21

401-600 20 3

601-800 9

801-1200 2

1201 и выше 1

Указанными таблицами описан горочный режим эксплуатации тепловоза в виде набора типичных ездовых ситуаций за 1 сутки. Нагруженность конкретного узла — детали, определяется путем проведения режимометрирова-ния по каждой из описанных, в табл. 5 и 6, ситуаций. По результатам проведенных исследований методом «дождя» строится суммарная гистограмма распределения напряжений в исследуемой зоне конструкции, отвечающая

табл. 5 и 6 по виду и объемам перечисленных ездовых ситуаций.

Нижний уровень напряжений здесь оценивался исходя из того, что основным технологическим способом сборки металлоконструкций тепловоза является сварка, а используемой сталью — Зсп. Очевидно, расчет наиболее ответственных сварных конструкций необходимо вести из предположения, что одним из дефектов сварки, уже в начале эксплуатации, может быть инициирована усталостная трещина. Так, например, в технических условиях на сварку металлоконструкций подвижного состава регламентирован минимальный размер подреза сварного шва глубиной 0,5 мм. Поэтому, минимальный размер амплитуды учитываемых напряжений рассчитывался по формуле

где: ЛКиь - пороговое значение размаха КИН, ¿о = 0,5 мм — минимальный размер учитываемого трещиноподобного дефекта (по ТУ как указывалось).

4. Устойчивость характеристик прочности несущих металлоконструкции тягового подвижного состава. Прежде чем начать анализ величины остаточного ресурса была проверена оценка устойчивости характеристик прочности во времени, конструкционных сталей применённых для изготовления конкретной металлоконструкции. Обзор работ в этом направлении показывает, что оценку устойчивости характеристик прочности металла конструкции целесообразно осуществлять двумя путями: традиционным путем сопоставительного анализа характеристик образцов материала в состоянии поставки и вырезанных из металлоконструкции с максимальной наработкой в эксплуатации, а также с применением моделей теории катастроф.

Критериальный, количественный подход к анализу прочностных свойств металла с позиции механики разрушения, разработанный Осташом и Жмур-Клименко, для несущих металлоконструкций тягового подвижного состава может быть записан

(13)

£

(14)

т

где сгд 2сго,2 ' значения предела текучести при нормальной и минимальной

отрицательной температурах в климатическом диапазоне; Ет — значения модуля упругости при нормальной и минимальной отрицательной температурах соответственно; р^ - параметр, характеризующий изменение величины размаха критического КИН в исследуемом диапазоне температур, а 1,5 - коэф-

ДК^-7 _

фициент. Параметр [1 ^ определяется по формуле: =-~—, где Л/^|(г? и

ЛК{0 -, - величины размаха критических значений (К/с) КИН при нормальной и

минимальной отрицательной температурах при скорости роста трещины У~ 1СГ1 м/цикл. Результаты анализа прочностных свойств стали Зсп, по изложенному подходу, представлены в табл. 7.

Таблица 7. - Результаты анализа конструкционных и прочностных свойств стали Зсп

по алгоритму методики

№ этапа Качественный анализ

1 Относится к классу «упрочняющихся» сталей

2 Имеет II тип изменения КДУР при низких температурах

3 Зона II квазихрупкого разрушения находится в диапазоне температур Тл<248 К при скорости нагружения 1,6-10"5 м/с и 253<Тн<273 К при скорости нагружения 5 м/с (скорость нагружения является фактором охрупчивания)

Количественный анализ

Критерий, формула 0 Соотношение Источник

4 (7) 137<150, МПа [Р] НДС

5 по изменению предела выносливости 198>140, МПа И

6 соотношение КИН>соотношения а 0,2 Зона сварного соединения в порядке снижения характеристик трещиностойкости (увеличения опасности разрушения) МШ, ОМ, ЗС, ЗТВ 1Б]

7 (И) 318 >" 360, МПа [Р]

Предельное состояние

8 эксприментольно-подтверждённая величина Допустимая длина трещины в конструкции Си, = 60 мм (при 1-15 мм) [Б]

[Р]-расчёт, [Б]-библиография, * Критерий не выполняется.

Кроме качественной оценки инструментарий теории катастроф позволяет провести анализ устойчивости диапазона величин параметров порядка. Используя количественные зависимости (4) и (12), была проведена оценка и линейная экстраполяция изменения величин управляющих параметров тип для 35, 45 и 55 лет наработки металлоконструкций соответственно для сталей 20Л и Зсп, результаты которой представлены в табл. 8, 9 и на рис. 2.

Таблица 8. - Величины управляющих параметров кривой усталости при ее экспоненциальном виде со степенью в виде катастрофы сборки для сталей 20Л и Зсп

Марка стали и се состояние при анализе Характеристики прочности Расчетные характеристики

МПа <т„ МПа <5, % е,„ N=0,5 Л-б-106 т л

1 в состоянии поставки 220 455 22,0 35,0 9,1510"' 1,2 МО"3 -1,68 4,07-Ю''

2 о СЧ после 25 лет под нагрузкой в эксплуатации 345 425 6,5 20,0 6,23-10'' 1,12-Ю-3 -7,7810-' 1,74-Ю'3

3 в состоянии поставки 245 480 25,0 54,0 1,10 1,29 103 -2,42 5,78-Ю'-1

4 и Г1 после 25 лет под нагрузкой в эксплуатации 384 448 7,3 30,1 8,25-Ю'1 1,19 10' -1,36 3,23-10®

Таблица 9. - Результаты линейной экстраполяции величин управляющих параметров тип для 35, 45 и 55 лет наработки (стали 20Л и Зсп) и эффективных модулей упругости Ец, Еш

№л/л Марка стали и ее состояние при анализе т я Е, Ей Еш

1 в состоянии поставки -1,68 4,07-10'3 2,МО* -8,66-10' 5,16-10'

2 о Г-1 после 25 лет под нагрузкой в эксплуатации -7,78-10-' 1,74-Ю'3 - -9,34-10' 12,0-Ю7

3 после 35 лет под нагрузкой в эксплуатации -0,42 0,81-Ю'3 - -10,89-107 25,92-107

4 после 45 лет под нагрузкой в эксплуатации -5,64-Ю"2 0,124-10'' - -11,5-Ю' 169.35-107

5 в состоянии поставки -2,42 5,78-10'3 - -8,78-10' 3,63-10'

6 после 25 лет под нагрузкой в эксплуатации -1,36 3,23-10'3 - -8,84-10' 6,5-Ю7

7 а о после 35 лет под нагрузкой в эксплуатации -0,95 2,21-Ю1 - -9,02-101 9,5-101

8 после 45 лет под нагрузкой в эксплуатации -0,512 1,19-Ю'3 - -9,04-107 17,64-10'

9 после 55 лет под нагрузкой в эксплуатации -0,1 0,17-Ю"3 - -12,35-Ю7 123,53-107

По результатам табл. 9 был проведен анализ изменения величин эффективных модулей упругости Ец, Ец, и предела выносливости исследуемых сталей (исходя из посылки Ы—//«) по формуле

°/м = ЕпЕКо + ЕшеКо2 + Е,шеКо4 , (15)

где I = 0; 25; 35; 45; 55 - значения параметров в состоянии поставки и после указанного количества лет наработки по табл. 9. Результаты расчетов представлены графически на рисунках 3 и 4.

Рис. 2. Зона устойчивости характеристик прочности образцов сталей 20Л и Зсп, вырезанных из металлоконструкции, в области управляющих параметров (т, п) катастрофы сборки (10)

Л - 20Л в состоянии поставки;

А - после 25 лет в эксплуатации;

• - Зсп в состоянии поставки;

О - Зсп после 25 лет в эксплуатации

Рис. 3. Изменение эффективных модулей упругости {Ец и Ец¡) образцов сталей 20Л и Зсп, вырезанных из металлоконструкции, в зависимости от времени эксплуатации

40 50 60 Наработка, лет

Рис. 4. Изменение величины предела выносливости образцов сталей 20Л и Зсп, вырезанных из металлоконструкции, во времени для экспоненты (11) по формуле (15)

о ¡о го 30 40 50 60

Наработка, лет

5. Обоснование предельных состоянии несущих металлоконструкций тягового подвижного состава. Для оценки ресурса металлоконструкции на этапе живучести по зависимости (6), необходимо обоснованно назначить её предельное состояние по допустимой, гарантирующей безопасную эксплуатацию, длине усталостной трещины. Исходя из принципа суперпозиции напряжённого состояния тела с трещиной, можно предложить подход к определе-

нию её предельной величины. Введём вполне обоснованное предположение, что при вершине трещины напряжения распределены, как показано на рис. 5.

Сверит

Рис. 5. Иллюстрация использования "нон принципа суперпозиции для обоснования концепции эффективной ширины балки (предельной длины трещины)

2а

м

Из условия равновесия следует, что

верш

(16)

где <7М

- величины напряжении в вершине трещины и номинального со-

ответственно; а — половина длины трещины, рис.5. Величину м'е называют эффективной шириной наиболее напряжённой зоны; предполагается, что она является некоторой постоянной характеристикой конструкции, материала и схемы нагружения. Предполагается также, что разрушение происходит тогда, когда аверш равно предельному значению напряжений по принятой гипотезе прочности (критерию) — ат а величина номинальных напряжений достигнет некоторой критической величины — ас. Следовательно, из (16) вытекает

1

су, = сг„

1 + а„/ и» '

(17)

где ас — некоторая предельная величина половины длины трещины.

Для подтверждения изложенного подхода, были проанализированы результаты натурных усталостных испытаний сварных металлоконструкций элементов тележек подвижного состава, в которых фиксировалась наработка циклов до зарождения тещины и до потери несущей способности.

Результаты указанных испытаний металлоконструкций, сваренных из листовой стали Зсп, боковин тележек электропоезда ЭР2 и надрессорных брусьев тележек рефрижераторных вагонов КВЗ-И2, 327Б, 327В, 327М (производства ЗАО УК БМЗ), были представлены в виде вариационного ряда по живучести в % от суммарной наработки на стенде. Для проведения адекватного анализа результатов данные были сведены к одному коэффициенту асимметрии цикла нагружения Я=0,25 и начально-обнаруженной стартовой трещине условной длины ¿0=1 мм. Пересчет к одному коэффициенту асимметрии осуществлялся

по зависимостям диаграммы предельных циклов.

Результаты анализа устойчивости параметров живучести в % и нормированной величины - ¿цр!Ь, приведены на рис. 6, 7.

ч " 1Т" ¡4

I1 Гч лд

1.5 1

6)

Га" \ \

8 У \

20 30 40 50 60 70 МПа

Рис. 6. Результаты анализа устойчивости живучести металлоконструкции в % - а) и нормированной величины поврежденности металлоконструкции - б) от амплитуды действующих в сечении напряжений для полной выборки: - линейная, ---экспоненциальная,---логарифмическая аппроксимации

\

•ч *«, г к

1 5 г|

ч

1.3 1

5)

>1

М-

8

60 70 МПа

40 30

Рис. 7. Результаты анализа устойчивости живучести металлоконструкции в % - а) и нормированной величины поврсжденности металлоконструкции А^Я. — б) от амплитуды действующих в сечении напряжений для скорректированной выборки: - линейная, ---экспоненциальная,---логарифмическая аппроксимации

Они показывают, что за критерий потери несущей способности металлоконструкции по предельно допустимой величине усталостной трещины, по результатам расчета на соответствие критерию Писаренко-Лебедева, может быть принята её нормированная величина, допустимая по условиям безопасной эксплуатации, учитывающая эксплуатационную нагружениость с некоторым запасом (по аналогии с (17)).

Этот подход можно представить следующей зависимостью

_4 «р

2[и]

(18)

где 1кр — критическая длина трещины; Ь — ширина балки в зоне роста трещины; (^чД)прл ~ предельно допустимая нормированная величина поврежденности сечения металлоконструкции усталостной трещиной; (£кр/Ь)х и — нор-

мированные величины поврежденности трещинами по графикам рис. 6 и 7 (б) соответственно, для эксплуатационной нагруженности напряжениями (<т,) конкретного объекта подвижного состава в сечении развития трещины; [и] —коэффициент запаса, который равен 2, по аналогии с нормами прочности.

Так, например, для рамы тележки тепловозов типа ТЭМ2, ТЭМ18 и эксплуатационной нагруженности (сг, тах=20 МПа), приведенной кЛ = 0,25 (ег, = 8 МПа), величина (£кр/Ь)пр.д..= 0,44 (условно обозначим - А7). Тогда величина предельно — допустимой трещины будет определяться просто £кр = N-Ь, что

для рам тележек тепловозов типа ТЭЗ, ТЭ10, М62, ТЭМ2 составит порядка 120 мм.

Возможность такого подхода к назначению критерия предельного состояния по длине усталостной трещины подтверждается результатами исследования кинетики роста трещин в металлоконструкциях надрессорных балок, рис. 8, и достаточно пологой зависимостью живучести в % от амплитуды номинальных напряжений в сечениях развития трещин, рис. 9. В свою очередь, эти результаты подтверждаются известными данными испытания образцов стали Зсп, по её способности сохранять постоянство сопротивления к росту усталостной трещины за счёт высоких вязких свойств по параметрам механики разрушения, рис. 10.

различных значениях втах цикла (для надрессорных брусьев тележек типа КВЗ-И2 и 327Б,

В - аналогичны)

о-стЗсп Л-09Г2С 0-12ХГДА1

Рис. 10. Влияние длины трещины на относительный предел трещиностойкости 1С

Рис. 9. Результаты анализа устойчивости нормированной величины поврежденности металлоконструкции 1кр/Ь от живучести металлоконструкции в % для скорректированной выборки: - линейная,

---экспоненциальная,

---логарифмическая аппроксимации

Из рис. 10 следует, что относительный предел трещиностойкости 1С (нормированная величина предложенная Е.М. Морозовым) существенно не

изменяется от длины трещины. Он представляет собой 1 с = ; где чис-

кю

литель отражает собой кинетику разрушения от воздействия циклической нагрузки: ас — амплитуду напряжений соответствующую максимальной нагрузке; £0 — исходная величина трещины; У - функция формы образца, а знаменатель К/с — критическая величина коэффициента интенсивности напряжений при монотонном нагружении.

6. Результаты оценки остаточного ресурса металлоконструкции унифицированной челюстной рамы тележки тепловозов. Как излагалось, методика расчета совокупного ресурса рамы разрабатывалась на основании механики усталостного повреждения и механики разрушения со всеми предпосылками и допущениями, положенными в их основу.

Основываясь на зависимостях (1) — (6), раздела 2, в детерминированной постановке была проведена оценка сопротивления усталости унифицированной челюстной рамы тележки тепловозов типа ТЭМ2, результаты которой представлены в табл. 10 и графически на рис. 11.

Таблица 10. — Оценка ресурса рамы тележки в зависимости от качества сварного шва

Теоретический коэффициент концентрации напряжений Оценка ресурса, лет

до зарождения трещины на стадии развития трещины совокупный ресурс Остаточный, сверх 25

к{ / (качество шва) * и и Ьс

1,5/ (хорошее) не повреждается не разрушается не разрушается не ограничен

5,0/ (удовлетворительна) 61,66 11,02 72,68 47,68

8,0/ (плохое) 1,49 11,02 12,51 исчерпан

* Условная характеристика качества сварного шва, например для «непровара», количественно может быть соотнесена по проценту, занимаемому его глубиной относительно толщины шва, как: «хорошее» - сварной шов без дефектов; «удовлетворительное» - 6-10%; «плохое» - 24-28%. Концентрация напряжений от других дефектов сварного шва типа «подрез», «пора» ниже чем у «непровара» и не превышает использованных в расчете.

5,5 в 6,5 ? 7,5 в 8,5 9 10 1] )2 13 14 А*

Рис. 11. Графическая зависимость ресурса от теоретического коэффициента концентрации напряжений: 1 — допустимая дефектность по зарождению трещины; 2 - допустимая дефектность с учетом этапа живучести металлоконструкции; 3 - предельная величина дефектности (трещина {о образуется в результате нескольких циклов нагружения); а) общий вид графика на всем диапазоне изменения к,

В работах С. Мэнсона и др. авторов показано, что параметры с и Ъ, входящие в уравнение (4), находятся в определенной взаимосвязи и для множества материалов одного класса, например сталей, имеют одинаковые значения. В таком случае в вероятностном расчете на множестве плавок материала данной марки параметры с и Ь можно рассматривать как детерминированные величины.

Данные о рассеянии и взаимной связи параметров <?у и £у отсутствуют.

Были выполнены детерминированные расчеты, в которых варьировались значения этих параметров. Результаты расчетов показали существенное влияние на изменение ресурса вариации параметра оу, влияние же вариации еу незначительно. Так, вариация оу в пределах ± 6 % изменяет ресурс на 200 % и

более, такая же вариация гу — не более чем на 1 %, табл. 11.

Таблица 11.- Зависимость ресурса от разброса прочностных свойств стали Зсп

Изменяемая величина Оценка изменения Ресурс X., лет

-6% 0,84265 78,886

+6% 0,93125 184,345

-6% 0,4465 121,527

+6% 0,4935 122,042

С учетом приведенных результатов возможной вариацией параметра еу

в вероятностных расчетах можно пренебречь. В таком случае рассеяние ресурса в параллельных опытах на множестве плавок объясняется в основном рассеянием предела циклической долговечности су. Вероятностные расчеты,

выполненные на основе уравнения в форме вычислительного эксперимента в условиях регулярного нагружения с различными значениями размаха деформации Аис учетом рассеяния оу показали, что зависимости среднего квад-

ратического отклонения логарифма ресурса от среднего значения данной случайной величины качественно совпадают с аналогичными опытными зависимостями.

К другим существенным факторам рассеяния ресурса, которые учитывались в вероятностном расчете, относятся: - рассеяние на множестве объектов параметров режима нагружения; - рассеяние теоретического коэффициента концентрации напряжений.

Порядок вероятностного расчета в форме вычислительного эксперимента следующий.

С использованием алгоритма метода Монте-Карло моделировались (разыгрывались) первые значения параметров а у и к,, а также параметров режима нагружения, например, параметров корреляционной таблицы максимумов и минимумов или случайного процесса номинальных напряжений.

Затем, по тем же правилам моделировалась первая реализация исходного нагружения в номинальных напряжениях определенной длительности.

С учетом полученных значений оу и к, осуществлялся переход к первой

реализации истории иагружеиия в локальных напряжениях и деформациях. Подсчитывались меры повреждения от полных циклов (замкнутых петель гистерезиса) и полуциклов, и их сумм. Величина, обратная данной сумме, и есть первое значение ресурса в числе историй нагружения принятой длительности. Далее моделировались вторые значения, указанных выше параметров, вторая реализация истории нагружения и рассчитывалось второе значение ресурса, затем третье и т.д.

На рис. 12 приведены расчетные функции распределения ресурса (выделена область малых вероятностей разрушения), построенные при высоких значениях к, по данным 1500 вычислительных опытов. По указанному рисунку в первом приближении оценено, что необходимый ресурс в 40 лет (25 лет назначенного +15 лет продлённого) обеспечивается при к, < 5,0. Видно, что увеличение kt приводит к резкому повышению вероятности разрушения.

p(l)

П

Рис. 12. Расчётные функции распределения усталостного ресурса p(l) челюстной рамы тележки тепловоза: 1 - к, =6.5; 2 - к, 5.5; 3 - к, =5,0; 4 - к, =4,5

В дальнейшем надежность металлоконструкции рамы определялась для уровня вероятности неразрушения Ру > 0,9945 путем многовариантных расчетов ресурса по зарождению трещины (£,) с последующей оценкой гамма-процентного ресурса полученного вариационного ряда (£3/) для коэффициентов вариации прочностных свойств металла рамы = К . = 0,06 и пошаговым снижением на 0,2 коэффициента концентрации напряжений к, < 5, рис. 1 3, с одновременным варьированием параметров блока нагруженности. Необходимая оценка надежности рамы по сопротивлению усталости для вероятности неразрушения > 0,9945 достигается для теоретического коэффициента концентрации напряжений равного < 4,6.

Рис. 13. Зависимость усталостного ресурса челюстной рамы тележки от величины теоретического коэффициента концентрации напряжений к, при случайной выборке ступеней гистограммы эксплуатационной на-груженпости

к,

Определившись, таким образом, с минимальной величиной теоретического коэффициента концентрации напряжений, проводят проверочный расчёт по обеспечению требуемого уровня надёжности. Результаты численного моделирования изложенного этапа представлены на рис. 14.

Рис. 14. График опытной функции распределения усталостного ресурса челюстной рамы тележки тепловоза с коэффициентом концентрации к, = 4,6

Ресурс, лет

7.Внедрение результатов исследований и экономическая эффективность. Проведенные исследования остаточной прочности и ресурса несущих металлоконструкций тепловозов типа ТЭМ2 позволили разработать, обосновать и внедрить на ЗАО УК « Брянский машиностроительный завод» технологическую инструкцию проведения входного контроля унифицированных челюстных рам тележек, включающую в себя визуальный, инструментальный контроль и неразрушающую дефектоскопию магнитопорошковым методом. Экономический эффект от внедрения указанной технологической инструкции составил 7613 руб. на один тепловоз, по составу затрат на конец 2003 года.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Решена крупная научная проблема повышения надежности и ресурса тяжелонагруженных металлических конструкций тягового подвижного состава транспортного машиностроения за счет использования научно-обоснованных решений на базе разработки новых принципов и критериев механики разруше-

ния, способов оценки усталостной долговечности, теории катастроф. Выполнен методологически обоснованный комплекс научно-исследовательских работ, в результате которого создана новая методика оценки ресурса металлоконструкций тягового подвижного состава, включая остаточный, апробированная на реальных конструкциях железнодорожной техники.

Разработанная методология позволила выявить фундаментальные закономерности возникновения и развития трещин в процессе эксплуатации реальных силовых элементов подвижного состава, классифицировать виды дефектов, обосновать и сформулировать общие принципы формирования критериев предельного состояния материалов и конструкций, изготовленных из них.

2. С использованием опубликованных и ведомственных данных ряда предприятий отрасли выполнен тщательный анализ режимов эксплуатации маневровых тепловозов, позволивший установить наиболее тяжелый режим их эксплуатации (горочная сортировка вагонов), сформулировать на базе теоретических исследований адекватные критерии оценки усталостной прочности и указать наиболее опасные зоны металлоконструкций рам тележек, требующие тщательного контроля в процессе эксплуатации и периодических и капитальных ремонтов.

3. На базе гипотезы суммирования повреждений, механики разрушения, введенных и теоретически обоснованных критериев предельного состояния, разработана и апробирована методология оценки живучести несущих конструкций подвижного состава, позволившая внедрить новые технологические инструкции проведения входного контроля в серийном производстве железнодорожной техники с экономическим эффектом более 7500 рублей на одну подвижную единицу.

4. На базе теоретических исследований с использованием локально-деформационного подхода и механики разрушения, подтвержденных масштабными натурными экспериментами, доказана предпочтительность оценки усталостной долговечности металлоконструкций тягового подвижного состава по критериям: повреждаемости — моменту зарождения трещины и живучести — достижению предельного состояния.

5. С использованием предложенной гипотезы суммирования повреждений на этапе роста трещины апробирован метод оценки живучести несущих металлоконструкций тягового подвижного состава, основанный на применении механики разрушения и критериальных величин.

6. На основе принципа суперпозиции напряжённого состояния в вершине трещины теоретически предложен и экспериментально подтверждён метод обоснования критериев предельного состояния для несущих сварных металлоконструкций тягового подвижного состава коробчатого профиля сечений элементов.

7. С применением теории катастроф, деформационных критериев, механики разрушения, метода конечных элементов и программного комплекса САПА исследована временная устойчивость характеристик прочности конструкционных сталей 20Л и Зсп, проведена оценка остаточной прочности и ресурса высоконагруженных металлоконструкций тягового подвижного состава из указанных сталей, что позволило выработать рекомендации по продлению срока эксплуатации конструкций на 15 лет сверх назначенного ресурса.

8. Разработанная автором методология оценки текущего состояния металлоконструкций дает возможность при ограниченных инвестиционных возможностях отрасли наряду с постепенным обновлением парка новых локомотивов научно обоснованно продлить сроки службы части действующего парка, тем самым облегчая отрасли выход из критического состояния на данном этапе переходного периода.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

^ 1. Волохов Г.М., Павленко П.Д., Петер Ю.Н. Повышение долговечности балок осей прицепа ГКБ-8350 и полуприцепа ОДАЭ-9370 // Автомобильная промышленность. - 1983. -№10. С.16-17.

2. Белокуров В.Н., Волохов Г.М., Павленко П.Д., Петер Ю.Н. Стендовая доводка прочности отдельных узлов — эффективный путь повышения надежности платформ грузовых автомобилей. // Автомобильная промышленность. - 1985.-№3. - С.13-14.

V 3. Волохов Г.М., Павленко П.Д., Петер Ю.Н., Шамин A.H. Повышение прочности соединений продольных и поперечных элементов автомобильных рам. // Автомобильная промышленность. — 1984. — №11. — С.12-13. V 4. Волохов Г.М., Павленко П.Д., Петер IO.H. Эффективный метод повышения прочности и снижения металлоемкости несущих систем автомобилей. // Автомобильная промышленность. — 1985. — №2. — С.12-13.

^ 5. Волохов Г.М., Козлова Е.Б., Павленко П.Д. Буксирная поперечина уменьшенной металлоемкости. // Автомобильная промышленность. - 1985. — №10. — С.26.

6. A.c. 1131739 СССР, МКИ 4 В62Д 21/02. Рама транспортного средства. / Барун B.H., Волохов Г.М., Павленко П.Д., Петер Ю.Н., Шамин А.Н. // БИ №48, 1984.

7. A.c. 1203395 СССР, МКИ 4 01М 17/00. Стенд для испытания рамы и платформы транспортного средства. / Волохов Г.М., Павленко П.Д., Петер Ю.Н. // БИ №1, 1986.

8. A.c. 1211132 СССР, МКИ 4 В62Д 21/03. Рама автомобиля самосвала. / Барун B.H., Волохов Г.М., Павленко П.Д., Петер Ю.Н. // БИ №6, 1986.

9. A.c. 1324911 СССР, МКИ 4 В2Д 21/02. Рама транспортного средства. / Волохов Г.М., Павленко П.Д., Козлова Е.Б., Шамин А.Н. // БИ №27, 1987.

10. A.c. 1410645 СССР, МКИ 4 G01M 17/00. Стенд для испытаний седельного транспортного средства. / Волохов Г.М., Коган Е.Е., Павленко П.Д. // БИ №1, 1986.

11. A.c. 1562204 СССР, МКИ 4 B62D 21/02. Рама транспортного средства. / Волохов Г.М., Голованов А.И., Нехотяев В.В., Павленко П.Д., Султанов С.Ф., Шалабанов А.К. // БИ №17, 1990.

12. A.c. 1569277 СССР, МКИ 4 B62D 21/02. Рама транспортного средства. / Волохов Г.М., Голованов А.И., Нехотяев В.В., Павленко П.Д.,Песошин A.B., Силин C.B., Шалабанов А.К. // БИ №21, 1990.

13.Загорский М.В., Волохов Г.М. Оценка остаточного ресурса несущих металлоконструкций тепловозов. // Состояние и перспективы развития электроподвижного состава: Материалы III международной научно - технической

конференции ОАО "ВЭлНИИ" и ОАО НПО "НЭВЗ". - Новочеркасск, 2000. -С. 124-126.

14.Волохов Г.М., Загорский М.В. Научно — методические предпосылки оценки и продления срока службы несущих металлоконструкций подвижного состава // Состояние и перспективы развития электроподвижного состава. Материалы IV межд. науч. конф. 17-19 июня 2003 г. ОАО «ВЭлНИИ». — Новочеркасск, 2003 г.-С. 161-163.

15.Волохов Г.М., Загорский М.В. Приложение элементарной теории катастроф к исследованию устойчивости параметров кривой усталости конструкционных сталей // Сборник докладов международного конгресса «Механика и трибология транспортных систем — 2003». Сентябрь 2003 г. — Ростов-на-Дону, 2003. - Т 1. - С.209-214.

16.Волохов Г.М. Детерминировано-вероятностный подход к продлению назначенного ресурса металлоконструкций подвижного состава // Безопасность труда в промышленности. — 2004. — №6. — С.38^0.

17. Вол охов Г.М. Использование моделей теории катастроф для исследования остаточного ресурса металлоконструкций // Безопасность труда в промышленности. - 2004. -№11. — С.47-51.

18.Волохов Г.М. Определение предельного состояния несущих сварных металлоконструкций рам тележек подвижного состава // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион // Технические науки — 2005. — Приложение №9. -С.216-221.

19.Волохов Г.М. Оценка остаточного ресурса несущих металлоконструкций подвижного состава с использованием моделей теории катастроф // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион // Технические науки — 2005. — Приложение №9. — С.221—227.

20.Волохов Г.М. Технологические меры обеспечения продления срока службы несущих металлоконструкций подвижного состава // Вестник РГУПС - Ростов-на-Дону. - 2005. - №1. - С.31-35.

21.Волохов Г.М. Локально-деформационный подход к оценке ресурса несущих металлоконструкций тягового подвижного состава // Известия выс-

ших учебных заведений. Северо-Кавказский регион // Технические пауки — 2005. - №2. - С.101-104.

С 22,Волохов Г.М. Усредненный режим нагружения маневрового тепло-

воза при горочной сортировке составов И Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион // Технические науки — 2005. — Приложение №2. - С.92-96.

23.Волохов Г.М. Определение предельно допустимых величин повреждений несущих металлоконструкций подвижного состава // Справочник. Инженерный журнал. - 2005. - №4, - С.41-44.

24.Волохов Г.М. Анализ остаточного ресурса несущих металлоконструкций тягового подвижного состава с использованием моделей теории катастроф // Обеспечение и повышение качества машин на этапах их жизненного цикла. Материалы 5-й междунар. науч.-техн. конф. 19-21 окт. 2005 г. БГТУ — Брянск, 2005 г. - С.50-52.

25.Волохов Г.М. Влияние дефектов сварных швов на остаточный ресурс несущих металлоконструкций подвижного состава // Сборка в машинострое-

г нии, приборостроении. - 2005. - №4. - С.32-35.

26.Волохов Г.М. Остаточный ресурс несущих конструкций тягового подвижного состава железных дорог: Монография / Г.М. Волохов, В.П. Тихомиров. - Орел: ОрелГТУ, 2006. - 158с.: ил. - ISBN 5-93932-104-6.

Подписано к печатав .09.2006 Тираж 100 экз. Объем п.л.2,3 Заказ № //i

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОЧНОСТИ НЕСУЩИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Основные положения, допущения, термины и определения.

1.2. Особенности строения несущих металлоконструкций тягового подвижного состава и технология их изготовления. щ 1.3. Оценка остаточного ресурса несущих металлоконструкций тягового подвижного состава.

1.4. Актуальность проблемы остаточной прочности несущих металлоконструкций тягового подвижного состава.

1.5. Постановка задач, научная и практическая направленность излагаемого метода исследования.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ РЕСУРСА НЕСУЩИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА.

2.1. Традиционный метод расчета сопротивления усталости несущих ^ металлоконструкций тягового подвижного состава по номинальным напряжениям.

2.2. Локально-деформационный подход к расчету усталостной долговечности несущих металлоконструкций тягового подвижного состава.

2.3. Оценка периода живучести несущих металлоконструкций тягового подвижного состава с позиций механики разрушения.

2.4. Критериальный подход к оценке характеристик прочности несущих металлоконструкций тягового подвижного состава.

2.4.1. Гипотеза разрушения Писаренко - Лебедева при сложном напряженном состоянии. ф 2.4.2. Гипотеза хрупкого разрушения по величине критического номинального напряжения в плоскости развития трещины

2.5. Применение методов математической теории катастроф к анализу устойчивости процесса повреждаемости конструкционной стали.

2.6. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ РЕСУРСА НЕСУЩИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ТЯГОВОГО

4 ПОДВИЖНОГО СОСТАВА.

3.1. Разрушающие методы испытаний натурных несущих металлоконструкций тягового подвижного состава и их элементов на сопротивление усталости.

3.2. Неразрушающие методы исследования несущих металлоконструкций тягового подвижного состава.

3.3. Методические аспекты исследования и моделирования нагруженности несущих металлоконструкций тягового подвижного состава.

3.4. Выводы по главе.

ГЛАВА 4. УСТОЙЧИВОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЧНОСТИ

КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕСУЩИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА.

4.1. Анализ характеристик прочности сталей используемых для изготовления несущих металлоконструкций подвижного состава

4.2. Устойчивость характеристик прочности конструкционных сталей во времени.

4.3.Выводы по главе.

ГЛАВА 5. ОБОСНОВАНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ НЕСУЩИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА.

5.1. Экспериментальный анализ предельного состояния по потере несущей способности сварных элементов несущих металлоконструкций рам тележек.

5.2. Численные исследования предельного состояния шкворневого узла главной рамы тепловоза.

5.3. Выводы по главе.

ГЛАВА 6. РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА

I МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ УНИФИЦИРОВАННОЙ

ЧЕЛЮСТНОЙ РАМЫ ТЕЛЕЖКИ ТЕПЛОВОЗОВ.

6.1. Анализ напряженно-деформированного состояния металлоконструкции унифицированной челюстной рамы тележки тепловоза.

6.2. Детерминированная оценка остаточного ресурса металлоконструкции унифицированной челюстной рамы тележки тепловоза.

6.3. Вероятностная оценка остаточного ресурса металлоконструкции унифицированной челюстной рамы тележки тепловоза.

6.4. Выводы по главе.

ГЛАВА 7. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

ц В транспортной системе России железные дороги исторически занимают ведущее место. Работа железных дорог и, прежде всего, её основной показатель - объём перевозок, являются интегральной характеристикой состояния экономики страны в целом.

В связи со снижением объемов грузовых и пассажирских перевозок наметившихся после 1988 года на железных дорогах к 1996 году оказались невостребованными: 58,7 % грузовых вагонов, 33,5 % магистральных грузовых электровозов, 26,4 % магистральных и 8,3 % маневровых тепловозов [84]. Избыток Щ грузового и тягового подвижного состава сохранялся до 1999 года, но вместе с тем происходило его естественное сокращение из-за выбытия по назначенному сроку службы. В парке локомотивов интенсивно нарастало количество техники, эксплуатируемой с превышением назначенного срока службы. На настоящий момент в эксплуатации находится 37 % пассажирских и 27 % грузовых локомотивов, у которых срок службы превышает назначенный [84,129].

В целом состояние подвижного состава железных дорог приходит к критическому уровню. Непринятие срочных незамедлительных мер приведет к тому, что к 2010 году выработают назначенный срок службы: 58 % вагонов; 71,5 % электропоездов постоянного тока, 39,8 % электропоездов переменного тока; 93,0 % магистральных тепловозов и 71,4 % маневровых тепловозов. До 2005 года планируется списание около 5000 пассажирских вагонов локомотивной тяги старше 28 лет службы, то есть около 20 % парка.

При эксплуатации подвижного состава сверх назначенного срока службы существенно ухудшаются показатели безопасности и экономической эффективности, растет ресурсо- и энергоемкость перевозок. В перспективе возникает ряд проблем: с одной стороны - резкое повышение расходов на эксплуатацию устаревшего подвижного состава, а, следовательно, и тарифов, с другой сторо-^ ны - невозможность осуществлять перевозки из-за физического отсутствия грузового и пассажирского подвижного состава. И то и другое совершенно недопустимо, так как приведет к прекращению не только поступательного развития экономики страны, но и затруднит ее функционирование вообще, fc Указанные обстоятельства усугубляются ещё и тем, что с 1999 года началось увеличение объемов перевозок и к 2003 году они выросли более чем на 18 %. На основании данных технико-экономических исследований (ТЭИ) института «Гипротранс» определена потребная численность парка локомотивов до 2010 года [129]. При сопоставлении с имеющимся в наличии количеством следует отметить, что уже сегодня образовался существенный дефицит (более 50 %) пассажирских и грузовых локомотивов.

Здесь следует отметить, что назначенный срок службы (нормативный) -• величина, прежде всего, экономическая, обеспечиваемая достигнутым уровнем проектирования и поддержания жизненного цикла машины - конструкции [129]. Техническое состояние локомотивов, исчерпавших этот срок, в большинстве случаев позволяет оставаться им в эксплуатации при условии поддержания исправности подвижного состава соответствующей системой ремонта. Однако при современном уровне развития локомотивостроения имеющийся на сегодня отечественный парк электровозов и тепловозов морально устарел и отвечает техническим требованиям лишь сорокалетней давности.

Чтобы привести численность парка и его рабочие параметры в соответствие с прогнозируемым объёмом перевозок, требованиям безопасности движе-^ ния и энергоэкономичности, необходимо принять неотложные меры по оздоровлению парка и его обновлению. При ограниченных инвестиционных возможностях полная замена имеющегося парка на локомотивы нового поколения до 2010 г. нереальна. Поэтому в данный период целесообразно наряду с постепенным обновлением парка за счёт поставок новых локомотивов продлить срок службы части парка выполнением капитальных ремонтов, в том числе с модернизацией (КРП) [84,129].

Изложенная постановка хозяйственной проблемы подразумевает под со* бой её обязательное научное сопровождение в виде решения конкретных задач по оценке величины возможного продления назначенного срока службы (остаточного ресурса) и технологических мер его обеспечения в процессе проведения капитального ремонта. Это направление научных исследований приобрета-| ет особую значимость с учетом устойчивой тенденции к организации ремонта и технического обслуживания объектов по текущему состоянию.

Результатом постановки проблемы по продлению назначенного срока службы несущих металлоконструкций подвижного состава явилась формулировка ряда задач, решение которых позволило достичь необходимой цели.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- обоснован усредненный эквивалентный режим нагружения маневрового тепловоза для условий горочной эксплуатации, а также получен эквива лентный спектр нагруженности, с использованием ограничений по величине минимальных амплитуд напряжений;

- предложен и обоснован метод назначения критерия предельного состояния несущих, рамных, коробчатых конструкций тягового подвижного состава;

- предложена и апробирована линейная гипотеза суммирования повреждений на этапе роста трещины в несущих металлоконструкциях тягового подвижного состава;

- предложена и апробирована методика оценки устойчивости характеристик прочности конструкционных сталей, применяемых для изготовления несущих металлоконструкций тягового подвижного состава, во времени с использованием моделей теории катастроф и критериев механики разрушения;

- разработана и апробирована детерминировано-вероятностная методика оценки остаточного ресурса металлоконструкций тягового подвижного состава на базе локально-деформационного подхода и статистического моделирования ситуаций по алгоритму метода Монте-Карло;

- осуществлена оценка остаточного ресурса металлоконструкции унифицированной челюстной рамы тележки и шкворневого узла главной рамы те* пловозов типа ТЭМ2, которая подтвердила возможность продления их срока службы на 15 лет.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В ходе выполненных теоретических и экспериментальных исследований были получены следующие основные результаты:

1. Решена важная научно-техническая проблема повышения надежности и ресурса тяжелонагруженных металлических конструкций тягового подвижного состава транспортного машиностроения за счет использования известных и разработки новых принципов и критериев механики разрушения, способов оценки усталостной долговечности, теории катастроф. Выполнен методологически обоснованный комплекс научно-исследовательских работ, в результате которого создана общая методика оценки ресурса металлоконструкций тягового подвижного состава, включая остаточный, апробированная на реальных конструкциях железнодорожной техники.

Разработанная методология позволила выявить фундаментальные закономерности возникновения и развития трещин в процессе эксплуатации реальных силовых элементов подвижного состава, классифицировать виды дефектов, обосновать и сформулировать общие принципы формирования критериев предельного состояния материалов и конструкций, изготовленных из них.

2. С использованием опубликованных и ведомственных данных ряда предприятий отрасли выполнен тщательный анализ режимов эксплуатации маневровых тепловозов, позволивший установить наиболее тяжелый режим их эксплуатации (горочная сортировка вагонов), сформулировать на базе теоретических исследований адекватные критерии оценки усталостной прочности и указать наиболее опасные зоны металлоконструкций рам тележек, требующие тщательного контроля в процессе эксплуатации и периодических и капитальных ремонтов.

3. На базе гипотезы суммирования повреждений, механики разрушения, введенных и теоретически обоснованных критериев предельного состояния разработана и апробирована методология оценки живучести несущих конструкций подвижного состава, позволившая внедрить новые технологические инструкции проведения входного контроля в серийном производстве железнодорожной техники с экономическим эффектом более

• 7500 рублей на одну подвижную единицу.

4. На базе теоретических исследований с использованием: локально-деформационного подхода и механики разрушения, подтвержденных масштабными натурными экспериментами, доказана предпочтительность оценки усталостной долговечности металлоконструкций тягового подвижного состава по критериям: повреждаемости - моменту зарождения трещины и живучести - достижению предельного состояния.

5. С использованием предложенной гипотезы суммирования повреждений на этапе роста трещины апробирован метод оценки живучести несущих металлоконструкций тягового подвижного состава, основанный на применении механики разрушения и критериальных величин.

6. На основе принципа суперпозиции напряжённого состояния в вершине трещины теоретически предложен и экспериментально подтверждён метод обоснования критериев предельного состояния для несущих сварных металлоконструкций тягового подвижного состава коробчатого профиля сечений элементов.

7. С применением теории катастроф, деформационных критериев, механики разрушения, метода конечных элементов и программного комплекса CATIA исследована временная устойчивость характеристик прочности конструкционных сталей 20Л и Зсп, проведена оценка остаточной прочности и ресурса высоконагруженных металлоконструкций тягового подвижного состава из указанных сталей, что позволило выработать рекомендации по продлению срока эксплуатации конструкций на 15 лет сверх назначенного ресурса.

8. Разработанная автором методология оценки текущего состояния металлоконструкций дает возможность при ограниченных инвестиционных возможностях отрасли наряду с постепенным обновлением парка новых локомотивов научно обоснованно продлить сроки службы части действующего парка, тем самым облегчая отрасли выход из критического состояния на данном этапе переходного периода.

179

1. Айнике X. Испытания тележек на прочность // Железные дороги мира. - 1984. - №3. с.38-41.

2. Аммосов А.П., Курилкина В.Н., Петров П.П. и др. Определение плотности дислокаций в локальных зонах сварных соединений методом прицельной рентгенографии // Сварочное производство. 1997. -№3. - С.16-18.

3. Арнольд В.И. Теория катастроф. М.: Наука, 1990. - 128 с.

4. Артамонов В.В., Артамонов В.П., Алиферов О.В. Сравнительный анализ методов определения остаточного ресурса пароперегревателей // Контроль. Диагностика. 2002. - №9. - С.32-40.

5. Бартенев О.А., Фадеев Ю.И. Применение акустической эмиссии в механических испытаниях // Заводская лаборатория. 1991. - №1. - С.34-38.

6. Баско Е.М. Диаграммы трещиностойкости строительных сталей в связи с размерами трещин и видом нагружения // Заводская лаборатория.1990. №12. - С.75 - 79.

7. Баско Е.М., Соколюк Л.В. Влияние вида нагружения и температуры на характеристики трещиностойкости строительных сталей// Заводская лаборатория. 1990. - №4. - С.81 - 84.

8. Батисс Ф. Модернизация подвижного состава // Железные дороги мира. 1998.-№8.-С. 11-21.

9. Безлюдько Г.Н., Мужицкий В.Ф., Крутикова Л.А. и др. Оценка текущего состояния остаточного ресурса прокатных валков на основе магнитного (по коэрцитивной силе) метода неразрушающего контроля // Контроль. Диагностика. 2002. - №1. - С.45-48.

10. Безлюдько Г.Я., Мужицкий В.Ф., Попов Б.Е. Магнитный контроль (по коэрцитивной силе) НДС и остаточного ресурса стальных металлоконструкций // Заводская лаборатория. 1999. - №9. - С.53-57.

11. Беленький Д.М., Ляшев В.Ю., Оганезов Л.Р. О минимальны значениях механических характеристик стального проката // Заводская лаборанория. -2002. №9. - С.56-59.

12. Велик А.В., Турсунов Д.А., Белошенко В.А. и др. Использование метода измерения твердости под нагрузкой для определения критической температуры хрупкости // Заводская лаборатория. 1992. - №7. - С.29-30.

13. Блехман И.И., Мышкис А.Д., Пановко Я.Г. Механика и прикладная математика. Логика и особенности приложений математики. М.: Наука, 1983. -328 с.

14. Богачев И.Н., Вайнштейн А.А., Волков С.Д. Введение в статистическое металловедение. М.: Металлургия, 1972. - 216с.

15. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1984. - 312с.

16. Борисов Ю.С., Благовещенский Ю.Н., Дмитриченко С.С. и др. Анализ применимости уравнений и исследование формы кривой усталости // Заводская лаборатория. 2000. - №10. - С.41-52.

17. Бородин Н.А., Борисов С.П. Проблемы и методы оценки сопротивления металлических материалов многоцикловой усталости и длительному статическому разрушению // Заводская лаборатория. 2002. - №1. - С.89-93.

18. Броек Д. Основы механики разрушения.-М.: Высш. шк., 1980. -368 с.

19. Булычев С.И. Достижения и перспективы испытания материалов непрерывным вдавливанием индентора (Обзор) // Заводская лаборатория. 1992. -№.3. -С.29-36.

20. Бунин Б.Б., Оганян Э.С. Оценка остаточной долговечности рам тележек магистральных тепловозов//Тр. ин-та / ВНИКТИ 2002. - Вып.81. - С.2-11.

21. Бычек И.С., Сенько В.И., Пастухов И.Ф. Продление срока службы литых деталей тележек // Железнодорожный транспорт. 2001. - №3. - С.39-42.

22. Ведяков И.И., Гимерверт Ж.М., Одесский П.Д.Выбор характеристик пластичности при испытаниях на растяжение строительных сталей//Заводская лаборатория. 1999. - №8. - С.41-48.

23. Викулин А.В., Солнцев Ю.П. Методика выбора конструкционных сталей для работы при низких температурах // Металловедение и термическая обработка металлов. 1990. -№11.- С.38-41.

24. Волохвянская Э.С., Скворцова Э.И., Крайчик М.М. и др. Исследование кислородно-конвертерной и мартеновской сталей для подвижного состава // Вестник ВНИИЖТ. 1972. - №2. - С.48-51.

25. Встовский Г.В., Терентьев В.Ф. Учет охрупчивания металла и наличия нерегистрируемых дефектов в расчетах остаточного ресурса технологического оборудования // Заводская лаборатория. 1999. - №9. - С.47-52.

26. Гальперин М.Я., Когаев В.П., Мейснер Б.А. Сопротивление усталости сварных балок рам локомотивных тележек // Тр. ЦНИИ МПС. Динамика и прочность локомотивов. М.: Транспорт, 1977. - Вып.574. - С.50-71.

27. Георгиев М.Н., Межова Н.Я., Пирусский М.В. и др. Сопротивление малоуглеродистых сталей развитию хрупкой трещины // Заводская лаборатория. 1980. - № 11. - С. 1041 -1044.

28. Гилмор Р. Прикладная теория катастроф. В 2-х т. М.: Мир, 1984. -Т.1.-350 е.;-Т.2.-285 с.

29. Головин С.А., Пушкар А. Микропластичность и усталость металлов. М.: Металлургия, 1980. - 240 с.

30. Горецкий В.М., Дубов А.А., Демин Е.А. Исследование структурной повреждаемости стальных образцов с использованием метода магнитной памяти металла // Контроль. Диагностика. 2000. - №.3 - С.23-26

31. Горкунов Э.С., Федотов В.П., Бухвалов А.Б. и др. Моделирование диаграммы деформирования на основе измерения её магнитных характеристик // Дефектоскопия. 1997. - №4. - С.87-95.

32. ГОСТ 23207-78. Сопротивление усталости. Основные термины, определения и обозначения. Введ.01.01.79. - М.: Издат. стандартов, 1978. - 48с.

33. ГОСТ 25.101-83. Расчеты и испытания на прочность. Методы схематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций и статистического представления результатов. Введ.01.07.84. - М.: Издательство стандартов. 1983. - 29с.

34. ГОСТ 25.504-82. Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости. Введ.01.07.83. - М.: Издательство стандартов, 1982. - 80с.

35. ГОСТ 25.506-85. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. Введ.01.01.86. - М.: Издательство стандартов, 1985. - 61с.

36. ГОСТ 26883-86. Внешние воздействующие факторы. Термины и определения. Введ.01.07.87. - М.: Издательство стандартов, 1986. - 12с.

37. ГОСТ 27.002-89. Надёжность в технике. Основные понятия, термины и определения. Введ.01.07.90. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 38с.

38. ГОСТ 27.103-83. Надёжность в технике. Критерии отказов и предельных состояний. Основные положения. Введ.01.07.84. - М.: Издательство стандартов, 1983.- 12с.

39. ГОСТ 19232-73. Сварка металлов плавлением. Дефекты сварных соединений. Термины и определения. Введ.01.01 75. - М.: Издательство стандартов, 1973.-8с.

40. Гудков А.А. Трещиностойкость стали. М.: Металлургия, 1989.376с.

41. Гуляев В.П., Петров П.П. Методика исследования структурного состояния в окрестности концентратора напряжений // Заводская лаборатория. -1995. -№11.- С.40-42.

42. Дайчик М.Л., Пригоровский Н.И., Хуршудов Г.Х. Методы и средства натурной тензометрии. Справочник. М.: Машиностроение, 1989. - 240с.

43. Даулинг Н.Е. Расчеты усталостной долговечности при сложных историях нагружения // Серия Д. Теоретические основы инженерных расчетов. М.: Мир. 1983, том 105. - №3. - С. 69-80.

44. Дмитриченко С.С., Перельштейн Л.П. Накопление усталостного повреждения в металлоконструкциях на стадии развития трещины // Вестник машиностроения. 1986. - №3 - С. 10-12.

45. Дмитриченко С.С., Русанов О.А. Влияние технологических дефектов сварки на концентрацию напряжений в металлоконструкциях // Заводская лаборатория. 2002. - №3. - С.41-46.

46. Дубов А.А. Исследование свойств металла с использованием метода магнитной памяти // Металловедение и термическая обработка металлов.1997. №9. - С.35-39.

47. Дубов А.А. Проблемы оценки остаточного ресурса стареющего обо-рудования//Безопасность труда в промышленности. 2003. - №3. - С.46-49.

48. Дубов А.А. Экспресс-метод контроля сварных соединений с использованием магнитной памяти металла // Сварочное производство. 1996. -№11. -С.33-36.

49. Еремин К.И., Нищета С.А. Оценка остаточного ресурса строительных металлоконструкций по результатам натуральных испытаний // Заводская лаборатория. 1997. - №3. - С.39-41

50. Загорский М.В., Волохов Г.М. Обоснование усредненного эквивалентного нагружения маневрового локомотива для условий горочной эксплуатации. // Тр. ВНИТИ МПС/ Коломна, 1999. - Вып. 79. - С.82 - 87.

51. Загорский М.В., Волохов Г.М. Расчётная оценка долговечности рамы тележки маневрового тепловоза. // Тр. БГТУ/Вопросы транспортного машиностроения. Брянск, 2000.-С. 100- 105.

52. Загорский М.В., Волохов Г.М. Детерминировано вероятностный подход к оценке остаточного ресурса металлоконструкций подвижного состава. // Вестник среднеукраинского национального университета. - Луганск, 2001. -Вып. №7(41)/2.-С. 102-106.

53. Загорский М.В., Волохов Г.М. Критериальный подход к оценке остаточного ресурса несущих металлоконструкций подвижного состава. // Вестник среднеукраинского национального университета. Луганск, 2002. - Вып. №6(52).-С.152- 157.

54. Загорский М.В., Волохов Г.М. Обоснование критериев предельного состояния несущих металлоконструкций подвижного состава. // Докл. 56-й науч. конф. препод. БГТУ. Брянск, 2002. - С.134-136.

55. Загорский М.В., Волохов Г.М. Обоснование выбора сталей для металлоконструкций подвижного состава. // Тр. ВНИТИ МПС. Коломна, 2002. -Вып.81.-С.31 -41.

56. Злочевский А.Б., Одесский П.Д., Шувалов А.Н. Остаточный ресурс сварных стальных конструкций и влияние на него материала // Заводская лаборатория. 1997. - №3. - С. 42-46.

57. Зубченко А.С., Данилов В.Н., Стасеев В.Г. О перспективе развития методов и средств неразрушающего контроля сварных соединений ответственного назначения // Тяжёлое машиностроение. 2000. - №4. - С.24-25.

58. Иванов Г.П., Худошин А.А., Зимина В.А. Влияние усталостной коррозии на долговечность сварных соединений // Безопасность труда в промышленности. 2002. - №10. - С.23-25.

59. Иванов Г.П., Худошин А.А., Зимина В.А. Расчёт стальных сосудов, работающих при низких температурах // Безопасность труда в промышленности. 2003.-№1. - С.23-25.

60. Иванова B.C. Разрушение металлов. М.: Металлургия, 1979. -168 с.

61. Изерманн Р. Перспективные методы контроля, обнаружения и диагностики неисправностей и их применение // Приборы и системы управления. -1998. №4. - С.56-70.

62. Инструктивные указания по применению поверхностного упрочнения сварных соединений в конструкциях рам тележек и кузовов локомотивов из малоуглеродистой и низколегированной стали. М.: МПС, 1974. - 20 с.

63. Инструкция по сварочным и наплавочным работам при ремонте тепловозов, электровозов, электропоездов и дизель-поездов. ЦТ 336. - М.: МПС, 1996.-458 с.

64. Исследование надежности тепловозов ТЭМ2 по данным с мест эксплуатации: Отчет о НИР (заключ.) / ВНИТИ; Руковод. работы В.А. Коган. И-01-79.-Коломна, 1979.-42с.

65. Исследование прочности рам тележек тепловозов: Отчет о НИР (за-ключ.)/ВНИТИ; Руковод. работы Е.И. Жук. И-86-74. - Коломна, 1974. - 131 с.

66. Исследование прочности экипажных частей тепловоза ТЭМЗ в условиях маневровой работы на сортировочной горке и при переходе стрелочных переводов: Отчет о НИР (заключ.) / ВНИТИ; Руковод. работы В.А. Пархонин. -И-105-80.-Коломна, 1980.-23с.

67. Исследование спектра продольных сил, действующих на тепловоз в эксплуатации. Отчет о НИР (заключ.) / БИТМ; Руковод. работы JI.H. Никольский. №69027239. - Брянск, 1969. - 32с.

68. Исследования прокатной стали и свойств сварных соединений подвижного состава // Тр. ВНИИЖТ. М.: Транспорт, 1966. - Вып. 323. - 126 с.

69. Кадырбеков Б.А., Павлов П.А.,. Колесников В.А. и др. Влияние малоциклового нагружения на воздухе и в агрессивной среде на механические характеристики стали СтЗ // Физико-химическая механика материалов. 1986. -№5. - С.106-108.

70. Кеглин Б.Г., Шлюшенков А.П., Прилепо Т.Н. Сопротивление усталости отслуживших 30 лет надрессорных балок и боковых рам тележек ЦНИИ-ХЗ-0 грузовых вагонов // Тр. БГТУ «Динамика, прочность и надежность транспортных машин». Брянск:, 1999. - С.111-117.

71. Клевцов Г.В., Ботвина J1.P., Горбатенко Н.А., Кудряшов В.Г., Клев-цов Р.Г. Рентгеновский метод оценки локального напряженного состояния материала у вершины трещины при однократных видах нагружения // Проблемы прочности, 1991.-№11.-С.25-31.

72. Клевцов Г.В., Жижерин А.Г., Степанов Г.В., Маковей В.А. Особенности разрушения стали Ст.З, связанные с распространением быстрой трещины // Проблема прочности. 1989. - №4. - С.25-28.

73. Когаев В. П., Махутов Н. А., Гусенков А. П. (Основы проектирования машин). Расчёты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность. Справочник. М.: Машиностроение, 1985. - 224с.

74. Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей машин: Учеб. для машиностр. спец. вузов. М.: Высшая школа, 1991. - 319с.

75. Коллакот Р. Диагностика повреждений. М.: Мир, 1989. - 512 с.

76. Коллинз Дж. Поведение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение. М.: Мир, 1984. - 624с.

77. Комаровский А.А. Прогнозирование остаточного ресурса и долговечности // Тяжелое машиностроение. 2000. - № 12. - С. 16-19.

78. Комплексная программа реорганизации и развития отечественного локомотиво- и вагоностроения, организации ремонта и эксплуатации пассажирского и грузового подвижного состава на 2001-2010 г. М.: МПС, 2001. - 70с.

79. Контрольные динамико-прочностные испытания усовершенствованных рам тележек тепловозов 2ТЭ116. Отчет о НИР (заключ.) / ВНИТИ ; Руко-вод. работы Б.Б. Бунин. И-06-77. - Коломна, 1977. - 104с.

80. Коротких Ю.Г., Горохов Г.Ф., Панов В.А. и др. Оценка выработанного и прогноз остаточного ресурса крановых конструкций с учётом усталостных повреждений // Безопасность труда в промышлен. 2002. - №12. - С.27-29.

81. Корчагин А.П., Лившиц В.И., Демкин С.В. Некоторые критерии оценки работоспособности металла в конструкциях из углеродистых сталей при низких температурах // Безопасн. труда в промышлен. 2002. - №6. - С. 39-41.

82. Коссов Е.Е., Сиротенко И.В. К вопросу прогнозирования остаточного ресурса тепловозного дизель-генератора // Вестник ВНИИЖТ. 2000. - №7. - С.38-42.

83. Костенко Н.А., Левкович Т.И., Костенко П.В. и др. Прогнозирование надежности и остаточного ресурса деталей с большим сроком службы // Заводская лаборатория. 1997. - №6. С. 59-63.

84. Котельников B.C., Еремин Ю.А., Зарецкий А.А. и др. Концепция оценки остаточного ресурса металлических конструкций грузоподъемных кранов, отработавших нормативный срок службы // Безопасность труда в промышленности. 2000. -№10. - С.41-46.

85. Коцаньда С. Усталостное разрушение металлов. М.: Металлургия, 1990.-623 с.

86. Крайчик М.М., Цкипуришвилли В.Б. Анализ методов оценки сопротивления усталости сварных конструкций // Сварочное производство. 1990. -№11.- С.41-45.

87. Кудрявцев И.В., Наумченков Н.Е. Усталость сварных конструкций. -М.: Машиностроение, 1976. 270 с.

88. Кузнецов Н.С., Кузнецов А.Н. Оценка напряжённого состояния стальных конструкций по магнитным характеристикам ферромагнетиков // Контроль. Диагностика. 2002. - №1. - С.23-32.

89. Кузьменко В.А. К вопросу о связи классических и новых критериев предельного состояния твердых деформируемых тел // Проблемы прочности. -1985.-№7.-С. 47-50.

90. Кузьмин В.Р., Прохоров В.А., Борисов А.З. Усталостная прочность металлов и долговечность элементов конструкций при нерегулярном нагруже-нии высокого уровня. М.: Машиностроение, 1998. - 256 с.

91. Кулешов В.В., Сохрин П.П. Расчет остаточного ресурса мостового крана // Безопасность труда в промышленности. 2001. - №1. - С.35-36.

92. Лепехин А.М, Москвичев В.В., Доронин С.В. Остаточный ресурс по тенциально опасных объектов и метода его оценки по критериям механики раз рушения // Заводская лаборатория. 1999. -№11.- С.34-38.

93. Малов Е.А., Карнаух Н.Н., Котельников B.C. и др. Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных оъектов подконтрольных Госгортехнадзору России // Безопасность труда в промышлен ности. 1996. -№3. -С.45-57.

94. ЮО.Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. М.: Машиностроение, 1981. - 272с.

95. Ю1.Махутов Н.А. Сопротивление элементов конструкций хрупкому разрушению. М.: Машиностроение, 1973. - 200с.

96. Ю2.Махутов Н.А., Кузьмин В.Р., Прохоров В.А. Экспертные оценки состояния резервуаров по критериям хрупкой прочности // Контроль, диагностика. 2000. - №10. - С.3-7.

97. ЮЗ.Махутов Н.А., Шаталов А.А., Лепихин A.M. и др. Методические аспекты оценки остаточного ресурса оборудования потенциально опасных промышленных объектов // Безопасность труда в промышленности. 2002. -№11. - С.19-23.

98. Ю4.Мейснер Б. А. Вопросы надёжности рам локомотивных тележек // Вестник ВНИИЖТ. 1970. -№8. - С.10-13.

99. Миллер К. Ползучесть и разрушение.-М.: Металлургия, 1986. -120 с.

100. Миллер К.Ж. Усталость металлов прошлое, настоящее и будущее // Заводская лаборатория. - 1994. - №11. - С.31-43.

101. Ю7.Миндюк А.К. Роль температуры в формировании физико-механических свойств металлов // Физико-химическая механика материалов. -1987. №2. - С.97-102.

102. Митрофанов А.В., Киченко С.Б. Расчет остаточного ресурса трубопроводов, эксплуатирующихся на объектах предприятия «Оренбурггазпром» // Безопасность труда в промышленности. 2001. - №3. - С.30-32.

103. Мороз J1.C. Механика и физика деформаций и разрушения материалов. JL: Машиностроение, 1984. - 224 с.

104. Ю.Морозов Е.М., Никишков Г.П. Метод конечных элементов в механике разрушения. М.: Наука, 1980. - 256 с.

105. П.Морозов Е.М. Концепция пределатрещиностойкости // Заводская лаборатория. 1997. - №12. - С.42-46.

106. Муралихаран У., Мэнсон С. Модифицированное уравнение с универсальными показателями степени для оценки усталостных характеристик металлов // Серия Д. Теоретические основы инженерных расчётов. М.: Мир. - 1988, том№110.-№4.-С. 87-92.

107. Назаров JI.C., Шкарин В.А. Усредненный режим работы маневровых тепловозов // Электрическая и тепловозная тяга. 1989. - №9. - С.36-37.

108. Неразрушающий контроль: общие принципы // Приборы и системы управления. 1998. -№10. - С.85-89.

109. Новожилов В.В., Кадашевич Ю.И. Микронапряжения в конструкционных материалах. JL: Машиностроение, 1990. - 223с.

110. Нормы для расчета и оценки прочности несущих элементов, динамических качеств и воздействия на путь экипажной части локомотивов железных дорог МПС РФ колеи 1520 мм. М.: МПС, 1998. - 145с.

111. Одесский П.Д., Хромов Д.П. Структура и механические свойства низкоуглеродистых строительных сталей, упрочненных в потоке стана // Металловедение и термическая обработка металлов. 1992. - №3. - С. 13-17.

112. Определение экономической эффективности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. Методические указания МПС. -Минск: Изд. «Полымя», 1979. 144с.

113. Основные технические требования к перспективной прокатной стали для несущих сварных конструкций подвижного состава. М.: МПС, 1978.-27 с.

114. Орлов А.И. Современная прикладная статистика (обобщающая статья) // Заводская лаборатория. 1998. - №3. - С.52-60.

115. Павлов С.В. Методы теории катастроф в исследовании фазовых переходов. М.: Изд-во МГУ, 1993.- 104 с.

116. Писаренко Г.С. О механической прочности материалов и элементов конструкций // Проблемы прочности. 1984. - №1. - С.3-5.

117. Писаренко Г.С., Лебедев А.А. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии. Киев: Наук, думка, 1976.-415 с.

118. Поведение стали при циклических нагрузках. Под ред. проф. В.Даля. М.: Металлургия, 1983. - 568с.

119. Подвижной состав: Вопросов больше, чем ответов. Как оздоровить подвижной состав. С коллегии МПС // Локомотив. 2002. - №6. - С. 1-7.

120. Полупан А.В., Баранов А.В. Планирование эксперимента по определению накопления повреждений в сварных металлоконструкциях методами не-разрушающего контроля при циклическом нагружении // Безопасность труда в промышленности. 2003. - №7. - С.39-42.

121. Попов Б.Е., Левин Е.А., Котельников B.C. и др. Магнитный контроль напряжённо-деформированного состояния и остаточного ресурса сосудов, работающих под давлением // Безопасность труда в промышленности. 2001. -№3.-С.25-30.

122. Попов Б.Е., Мужицкий В.Ф., Безлюдько Г.Я. и др. Теория и практика магнитной диагностики стальных металлоконструкций // Контроль. Диагностика. 2002. - №3. - С. 15-19.

123. Попова Л.В., Насибов А.Г. Контролируемая прокатка с промежуточной перекристаллизацией стали типа СтЗсп // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1991. — №1. — С. 21-23

124. Попов С.И. Продление срока службы литых деталей тележек // Железнодорожный транспорт. 2003. - №3. - С.46-49.

125. Пригоровский Н. И. Методы и средства определения полей деформаций и напряжений. Справочник. М.: Машиностроение. 1983. 248 с.

126. Прилепо Т. Н. Расчётно-экспериментальная оценка надёжности над-рессорных брусьев тележек типа 327 и КВЗ-И2 для рефрижераторных вагонов с учётом живучести. Дис. канд. техн. наук: 05.22.07. / БИТМ. Брянск, 1988. -164с.

127. Прочность и безотказность подвижного состава железных дорог. Под общ. ред. А.Н. Савоськина. М.: Машиностроение. 1990. 288 с.

128. Прочность сварных соединений при переменных нагрузках. АН УССР Институт электросварки им. Е.О. Патона. Под. ред. В.И. Труфякова. -Киев: Наук, думка, 1990. 256с.

129. Пустовой В.Н. Статическая и динамическая низкотемпературная трещиностойкость сталей и сварных соединений металлоконструкций грузоподъемных машин // Проблемы прочности. 1991. - №5. - С. 29-34.

130. МО.Пустовой В.Н. Циклическая низкотемпературная трещиностойкость конструкционных сталей и сварных соединений металлоконструкций // Проблемы прочности. 1990. -№10. - С. 8-11.

131. Работнов Ю.М. Введение в механику разрушения. М.: Наука, 1987.-80с.

132. Регель В.Р., Слуцкер А.И. Кинетическая природа прочности // Физика сегодня и завтра. JL: Наука, 1973. - С. 90-175.

133. Результаты сравнительных динамических испытаний тепловоза ТЭМЗ на бесчелюстных тележках и типа ТЭМ2 в условиях поездной и маневровой работы. Отчет № И-100-80. ВНИТИ, Коломна, 1980.-95с.

134. Ритчи Р. Механика вязкого разрушения. // Серия Д. Теоретические основы инженерных расчетов. М.: Мир. 1983, т. 105. -№1.-С.1-10.

135. Романив О.Н. Вязкость разрушения конструкционных сталей. М.: Металлургия, 1979.- 176с.

136. Романов А.Н., Костенко Н.А. Выбор материала при конструировании по критериям циклического, длительного статического и хрупкого разрушения на стадиях образования и развития трещин // Справочник. Инженерный журнал. 1998. -№10. - С.53-56.

137. РТМ 24.048.33-83. Материалы и комплектующие изделия для тепловозов в исполнении XJI. Руководство по выбору. Коломна: ВНИТИ. - 20с.

138. Северинова Т.П. Исследование трещиностойкости сталей литых деталей тележек грузовых вагонов после длительного периода эксплуатации // Вестник ВНИИЖТ. 1999. - №3. - С. 35-40.

139. Серенсен С.В. Когаев В.П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчет деталей машин на прочность. Руководство и справочное пособие. Изд. 3-е. Под ред. С.В. Серенсена. М.: Машиностроение, 1975. - 488с

140. Семь катастроф. // Наука и жизнь. 1977. - № 12. - С.82-87.

141. Серьёзнов А.Н., Степанова J1.H., Кареев А.Е. и др. Расчёт остаточного ресурса образцов из авиаматериалов при их акустико-эмиссионном контроле // Контроль. Диагностика. 2002. - №9. - С. 13-18.

142. Смирнов А.Н., Блюменштейн В.Ю., Хапонен Н.А. и др. Организация работ по расчетам прочности и оценке остаточного ресурса объектов повышенной опасности // Безопасность труда в промышлен. 2002. - №2. - С.37-40.

143. Сорокин П.А., Селиверстов Г.В., Колесников А.А. Способ автоматизированной диагностики металлоконструкций грузоподъемных кранов // Автоматизация и современные технологии. 2001. -№1. - С.5-7.

144. Сосновский А.А., Махутов Н.А. О полной кривой усталости // Заводская лаборатория. 1995. - №1. - С.33-34.

145. Томпсон Дж. М.Т. Неустойчивости и катастрофы в науке и технике. М.: Мир, 1985.-254 с.

146. Трунин И.И. Способ оценки долговечности металла элементов энергоустановок // Заводская лаборатория. 1998. - №8. - С.41-45.

147. Труфяков В.И. Усталость сварных соединений. Киев, Наукова думка, 1973.-216с.

148. ТУ 24-4-419-70 Тепловозы, путевые машины. Сварные конструкции (изготовление). М.:, Минтяжмаш. 1970. - 23с.

149. Усталостные испытания рамы тележки тепловоза: Отчет о НИР (заключ.) по договору 3014/95 с ОАО «БМЗ»; Руковод. работы В.Б. Цкипуришвили. М.:, ВНИИЖТ, 1995. - 38 с.

150. Феодосьев В.И. Десять лекций-бесед по сопротивлению материалов. -М.: Наука, 1975.- 173с.

151. Фролов К.В. Методы совершенствования машин и современные проблемы машиноведения. М.: Машиностроение, 1984. - 224 с.

152. Хапонен Н.А., Горшков Ю.П., Филичкин А.А. Оценка остаточного ресурса элементов котлов, сосудов и трубопроводов // Безопасность труда в промышленности. 2002. -№11.- С.24-27.

153. Хапонен Н.А., Иванов Г.П., Худошин А.А. и др. Методика комплексного неразрушающего контроля стали у оборудования повышенной опасности // Безопасность труда в промышленности. 2001. - №8. - С.34-39.

154. Хапонен Н.А., Иванов Г.П., Худошин А.А. Перспективы развития неразрушающего контроля // Безопасность труда в промышленности. 2001. -№1.-С.48-50.

155. Хеллан К. Введение в механику разрушения. М.: Мир, 1988. - 364с.

156. Хемминг Р.В. Численные методы. М.: Наука, 1972. - 400 с.

157. Херцберг Р.В. Деформация и механика разрушения конструкционных материалов. М.: Металлургия, 1989. - 576с.k 169. Химстедт У. Комплексный подход к проблеме качества // Железныедороги мира. 1991. - № 10. - С.29-31.

158. Христенко И.Н., Кривова В.В. Влияние пластической деформации на коэрцитивную силу малоуглеродистой стали // Дефектоскопия. 1984. - №6. -С.90-92.

159. Черкашин Ю.М., Северинова Т.П. Петраков С.Е., Меркурьев В.Н. Оценка остаточного ресурса ходовых частей подвижного состава после длительного периода эксплуатации // Вестник ВНИИЖТ. 2000. - №7. - С.30-35.

160. Шаталов А.А., Закревский М.П., Лепихин A.M. и др. Оценка работоспособности и остаточного ресурса тонкостенных сварных сосудов химическиопасных промышленных объектов // Безопасность труда в промышленности. -2003. №7. - С.34-36.

161. Шахнюк JI.A., Тихомиров В.П. Детали машин. Технология проектирования. Брянск: Изд-во БГИТА, 2001. - 344 с.

162. Шевнин В.М., Гофман Ю.М. Оценка остаточного ресурса металлических конструкций грузоподъёмных кранов // Безопасность труда в промышленности. 2002. - №10. - С.30-31.

163. Шевнин В.М., Гофман Ю.М., Смановская Е.Ю. Диагностирование сварных соединений трубопроводов энергетических установок методом магнитной памяти // Безопасность труда в промышлен. 2001. - №5. - С.55-57.

164. Шевченко В.Г., Оганян Э.С. Рамы тепловозов будут служить дольше // Локомотив. 2003. - №9. - С.36-37.

165. Шенк X. Анализ нагрузок на ходовую часть // Железные дороги мира. 1985. - №9. - С.40-45.

166. Шестаков В.А., Коноплев В.И., Ртищев Б.К. Ремонт главных балок мостовых кранов // Автоматиз. и современ. технологии. 2000. - №8. - С.24-25.

167. Шлюшенков А.П., Сулимов Р.В., Волохов Г.М. Расчёт усталостной долговечности на основе локально деформационного подхода. // Тр.

168. БГТУ/Динамика и прочность транспортных машин. Брянск, 2000. - С.62 - 68.

169. Шлюшенков А.П., Чернышёв В.В., Волохов Г.М. Вероятностный расчёт на многоцикловую усталость на основе локально деформационного подхода. // Тр. БГТУ/Динамика, прочность и надёжность транспортных машин. - Брянск, 2002. - С. 100 - 106.

170. Ш.Шульгинов Б.С. Сопротивление усталости сталей при многоцикловом ударном нагружении // Проблемы прочности. 1994. - №3. - С.87-93.

171. Экспериментальная механика. В 2-х кн. М.: Мир, 1990. - Кн. 1. -616 е.;-Кн. 2.-552 с.

172. Jacoby Gerhard. Werkstoff- und Bauteilprufung sowie Betriebslastensi-mulation. Herausgegeben zum lOOjarigen jubilaum der Carl Schenk AG. Darmstadt, 1981.-261 s.I