Спосіб визначення конструктивних параметрів запобіжних пристроїв з елементами, що руйнуються

Спосіб визначення конструктивних параметрів запобіжних пристроїв з елементами, що руйнуються, при якому вибір величини руйнівного навантаження роблять за рівнем позаштатних перевантажень, що встановлені по попередньо сформованому випадковому процесу з викидами, який відрізняється тим, що за параметрами згаданого процесу встановлюють функціональний період спрацьовування запобіжного пристрою, а потім для цього періоду за допомогою експлуатаційно-конструкційних діаграм, що побудовані на підставі статичних випробувань та програмних випробувань на втому зразків елементів, що руйнуються, визначають механічні властивості, розміри та форму елемента, що руйнується. (19) (21) a200611926 (22) 13.11.2006 (24) 12.05.2009 (46) 12.05.2009, Бюл.№ 9, 2009 р. (72) БІЛОДІДЕНКО СЕРГІЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ, UA, БЕСЄДІН ОЛЕКСІЙ ОЛЕКСІЙОВИЧ, UA, ГАНУШ ВАСИЛЬ ІВАНОВИЧ, UA (73) НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ, UA (56) Буковски Л. Применение предохранительной муфты в приводе холодильника МНЛЗ с шагающими балками // Черные металлы. - 1983. - №2. С. 8-13. SU 1268229, 07.11.1986 SU 1803629, 23.03.1993 SU 1091957, 15.05.1984 3 Технічний результат полягає в можливості впливу на термін служби запобіжного елемента шляхом варіювання його конструктивними параметрами, а періодичність спрацьовування запобіжного пристрою визначається режимом діючого навантаження та величиною вимикаючого навантаження. Вирішення поставленої задачі досягається тим, що в способі визначення конструктивних параметрів запобіжних пристроїв, при якому вибір величини руйнівного навантаження роблять за рівнем позаштатних перевантажень, відповідне до винаходу спочатку по діючому випадковому процесу навантаження з викидами встановлюють функціональний період спрацьовування запобіжного пристрою, а потім для схематизованого блокового навантаження з перевантаженнями по експлуатаційно-конструкційній діаграмі вибирають механічні властивості, форму і розміри елемента, що руйнується. Функціонально запобіжний елемент повинен руйнуватися від перевантаження і довгостроково не руйнуватися від циклічного навантаження сталого технологічного спектра. Це буде дотримано, якщо період появи перевантаження в числах циклів навантаження nоs буде менше, ніж довговічність nof елемента, що руйнується, при нормальному (розрахунковому) експлуатаційному навантажені. Оптимальною буде конструкція елемента, що руйнується, коли його довговічність по функціональному руйнуванню nоs буде дорівнювати довговічності по втомному руйнуванню nof. Ця задача розв'язується, якщо представити процеси навантаження в позаштатних ситуаціях (перевантаженнях) і в нормальних умовах експлуатації двома різними друг від друга математичними законами, що, власне, відповідає практиці. Заявлений спосіб реалізується за допомогою побудови експлуатаційно-конструкційної діаграми втомної і статичної довговічності, зображеної на фіг., таким чином. Замінив реальне навантаження гаусовським вузькосмуговим стаціонарним процесом з викидами, знаючи його параметри при сталій технології медіанне значення навантаження Q , її середньоквадратичне відхилення SQ, використовуючи асимптотичний експонентний розподіл, можна знайти число циклів, через яке з'явиться перевантаження ( ) g = Qв - Q / S Q рівня . Це число циклів і являє собою довговічність nоs, що з вищесказаного визначається як nоs=exp(γ2/2), (1) і графічно зображена в І квадранті. Величина навантаження Qв зв'язана з рівнем перевантаження/ за допомогою коефіцієнта варіаuQ = S Q Q , що приведено в IV квадранті. Визначивши необхідну величину Qв, встановивши граничні напруги, які витримує матеріал у конструкції σmax (τmax для деформації зсуву), з урахуванням розміру і форми елемента, що руйнується, швидкості навантаження може бути знайдена характеристика розміру перетину А (для осьового навантаження і зрізу - це площа перетину, для ції 86620 4 вигину і крутіння - це момент опору перетину), графік зміни якої приведений у III квадранті. Ця процедура проводиться шляхом статичних випробувань зразків-моделей елементів, що руйнуються. Зразки – моделі виготовляють з такого ж матеріалу, як і елементи, що руйнуються, та імітують тип напружено-деформованого стану в них. Характеристика розміру перетину А регламентує діючі в елементі, що руйнується, напруги σi (τi) і поциклові ушкодження di. Маючи характеристики опору втоми матеріалу елемента, що руйнується, для різних величин коефіцієнтів концентрації напруг α, при діючих навантаженнях можуть бути встановлені функції втомної довговічності nof від розміру перетину А при відповідному αi. Такіфункції no(А,α) зображені в II квадранті, де підсумкова довговічність no виміряється в числах циклів. Для визначення цих функцій необхідно визначити параметри перевантажень, які сприймає елемент, що руйнується, тобто навантаження, укладені в смузі між максимальними навантаженнями нормального, основного режиму Qmax і величиною Qв. Параметри перевантажувальної ступіні встановлюються в зв'язку з частістю їхньої появи на підставі апроксимації експонентного розподілу нормальним законом (Белодеденко С.В. Оценка безопасной долговечности элементов конструкций при проектировании и эксплуатации технологического оборудования. //Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2005. – №6. – с.40-46.). Найбільша частість можливої появи перевантажень, як правило, не перевищує значення сп=0,01. Тоді, виходячи з (1), одержимо мінімальний рівень перевантажень γmin=3,03. Медіанне значення діючих перевантажень, яке не приводить до статичного руйнування елемента, що руйнується, буде: æ g + g min ö Qп = Q + ç ÷S Q ç ÷ 2 è ø . (2) Маючи параметри ступіней процесу навантаження Q і Qп , а також їх відносні тривалості (частості) сп і с≈1-сп можна по кривих втоми матеріалу для відповідних коефіцієнтів концентрації напруг і асиметрії циклу знайти елементарні ушкодження d=N-1 і dп=Nп-1, де N і Nп - довговічності при навантаженнях Q і Qп . Підсумкова довговічність по опору втомі буде: nof=a·(c·d+сп·dп)-1, (3) де а – гранична величина накопиченого втомного ушкодження. Величина а коректується в залежності від співвідношення величин Q і Qп на основі програмних випробувань на втому образців - моделей елементів, що руйнуються (Белодеденко С.В. Исследование и прогнозирование распределения долговечностей при циклическом нагружении с перегрузками. //Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2003. - №3. - с.41-41.). У результаті встановлюється залежність втомної довговічності nof від максимального рівня перевантажень γ при відповідній величині α як параметр, що зображено в І квадранті для α=α2. Лінія втомної довговічності nof(γ) значно крутіше (тобто менш чуттєва до дії перевантажень), чим лінія статичної 5 86620 довговічності nos(γ). Це пов'язано з тим, що власне перевантаження вносять номінально незначні ушкодження, а їхній вплив відчувається на граничній величині накопиченого ушкодження а. На підставі зображеної експлуатаційноконструкційної діаграми втомної і статичної довговічності визначаються оптимальні параметри елемента, що руйнується. Алгоритм реалізації способу показаний стрілками. Спочатку встановлюється раціональна довговічність елемента, що руйнується, запобіжного пристрою рівна nо1, потім визначаються рівень γ (лінія 1-2), величина Qв (лінія 2-3) і розмір перетину А (лінія 3-4). Після цього перевіряється прийнятність обраного апріорно коефіцієнта концентрації напруг в елементі, що руйнується. На перетинанні ліній 4-5 і no(А,α) знаходиться втомна довговічність nof. Якщо nof