CC BY
10Заключение. Разработанный виртуальный осциллограф позволяет записывать результаты измерений аналоговых напряжений, поступающих с датчиков испытательного стенда в режиме реального времени, одновременно на два USB-канала осциллографа, а также вычислять и записывать средние значения измеряемых параметров в цифровом виде и как разработанный ранее виртуальный осциллограф-частотомер [4], также может использоваться в испытательных стендах авторской разработки [5-7].
Библиографические ссылки
1. Бутырин П. А., Васьковская Т. А., Каратаева В. В., Материкин С. В. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabVIEW 7. М. : ДМК Пресс, 2005.
2. Батоврин В. К., Бессонов А. С., Мошкин В. В. LabVIEW. Практикум по аналоговой и цифровой электронике / Моск. гос. ин-т радиотехники, электроники и автоматики. М., 2007. 132 с.
3. Суранов А. Я. LabVIEW 8.20 : справочник по функциям. М. : ДМК Пресс, 2007. 536 с.
4. Виртуальный измерительный прибор. Осциллограф-частотомер. Свид. об офиц. регистр. программы для ЭВМ № 2012610722 (РФ) / Ереско С. П., Тен В. П., Ереско А. С., Соболев А. Н., Вульф Д. В., Ереско Т. Т. Заявл. 12.10.2011, № 2011617578; Заре-гистр. М. : Роспатент 16.01.2012.
5. Пат. 149002 Российская Федерация, МПК7 G01M 13/02 (2006.01). Стенд для испытаний карданных передач / Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А., Ереско С. П., Ереско Т. Т. № 2014120845; заяв. 22.05.2014 ; Опубл. 20.12.2014. Бюл. № 35. 1 с.
6. Пат. 153924 Российская Федерация, МПК7 G01M 13/02 (2006.01). Стенд для испытаний карданных передач / С. П. Ереско, Т. Т. Ереско, Е. В. Кукушкин, В. А. Меновщиков. № 2014147821/28; заяв. 26.11.2014 ; Опубл. 10.08.2015. Бюл. № 22. 2 с.
7. Пат. 162876 Российская Федерация, МПК7 G01M 13/02 (2006.01). Стенд для испытаний карданных
передач / Ереско С. П., Ереско А. С., Ереско Т. Т., Ереско В. С., Кукушкин Е. В., Стручков А. В., Хомен-ко И. И. № 2015157365; заяв. 30.12.2015 ; Опубл. 27.06.2016. Бюл. № 18. 2 с.
References
1. Butyrin P. A., Vaskovskaya T. A., Karataeva V. V., Materikin S. V. [Automation of Physical Research and experiment : Computer measurements and virtual instruments based on LabVIEW 7] // Avtomatizacia phizicheskikh issledovanii I eksperimenta: komputernie izmerenia I virtualnie pribori na osnove LabVIEW 7, 2005. (In Russ.)
2. Batovrin V. K., Bessonov A. S., Moshkin V. V. [LabVIEW. Workshop on analogue and digital electronics]. LabVIEW. Praktikum po analogovoi I cifrovoi elektronike, 2007. 132 p. (In Russ.)
3. Suranov A. Ya. [LabVIEW 8.20: Function Manual] LabVIEW 8.20: Spravochnikpo funkciyam, 2007. 132 p. (In Russ.)
4. Eresko S. P., Ten V. P., Eresko A. S., Sobolev A. N., Vulf D. V., Eresko T. T. Virtualnii izmeritelnii pribor. Oscillograf-chastotomer. Svidetel'stvo ob ofitsial'noi registratsii programm dlya EVM [Virtual Meter. Oscilloscope, frequency counter. The Certificate on Official Registration of the Computer Program]. No. 2011617578, 2012.
5. Kukushkin E. V., Menovshchikov V. A., Eresko S. P., Eresko T. T. Stend dla ispitaniy kardanikh peredach [The test stand driveline]. Patent RF, no. 149002, 2014.
6. Eresko S. P., Eresko T. T., Kukushkin E. V., Menovshchikov V. A. Stend dla ispitaniy kardanikh peredach [The test stand driveline]. Patent RF, no. 153924, 2015.
7. Eresko S. P., Eresko A. S., Eresko T. T., Eresko V. S., Kukushkin E. V., Menovshchikov V. A., Struchkov A. V., Khomenko I. I. Stend dla ispitaniy kardanikh peredach [The test stand driveline]. Patent RF, no. 162876, 2016.
© Ереско С. П., Ереско Т. Т., Кукушкин Е. В., Орлов А. А., 2016
УДК 662.822
ВЗАИМОСВЯЗЬ ПЕРВИЧНЫХ УСТАЛОСТНЫХ РАЗРУШЕНИЙ С ДИСЛОКАЦИЕЙ ЦИКЛИЧЕСКИ ПОВТОРЯЮЩИХСЯ ИЛИ ЧЕРЕДУЮЩИХСЯ НАПРЯЖЕНИЙ КАРДАННЫХ ШАРНИРОВ*
Т. Т. Ереско, А. Н. Жабинская*, Е. В. Кукушкин, В. А. Меновщиков
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*Е-таП: [email protected]
Был рассмотрен вопрос усталостных разрушений, связанный с появлением дислокаций кристаллической решетки нагружаемого материала. Был проведен анализ методов решения проблемы. Представлена информация об усталости металла и условия возникновения. Также было дано определения дислокаций, ее виды и описания структур нарушений в структуре материала.
Ключевые слова: усталостные разрушения, дислокация, напряжение в материале деталей.
'Результаты получены в рамках выполнения гос. заданий: № 9.447.2014/к и 211/2014 (The results obtained in the framework of the state order № 9.447.2014 / k и 211/2014).
<Тешетневс^ие чтения. 2016
INTERCOMMUNICATION OF PRIMARY TIRELESS DESTRUCTIONS WITH DISTRIBUTION OF CYCLIC REPETITIVE OR ALTERNATING TENSIONS OF CARDAN HINGES
T. T. Eresko, A. N. Zhabinskaya*, E. V. Kukushkin, V. A. Menovshchikov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: [email protected]
The question of tireless destructions is considered related to distributions of crystalline grate of the loaded material. The analysis of methods of decision of problem is conducted. Information is presented about the tiredness of metal and condition of origin. Determinations of distributions, their kinds and descriptions of structures of violations in the structure of material, are similarly given.
Keywords: tireless destructions, distribution, tension in material of details.
Введение. Усталость - процесс постепенного накопления повреждений в материале под действием переменных напряжений и деформаций, приводящий к изменению свойств, образованию трещин и разрушению. Иными словами - это разрушение материала под действием повторно-переменных (часто циклических) напряжений.
Если уровень переменных напряжений превышает некоторый предел, то в материале детали происходит процесс постепенного накопления повреждений, который приводит к образованию субмикроскопических трещин. По мере наработки длина этих трещин увеличивается, затем они объединяются, образуя первую микроскопическую трещину, под которой понимается трещина протяженностью 0,1-0,5 мм. У корня этой трещины возникает местное увеличение напряжений, которое облегчает ее дальнейшее развитие. Трещина, постепенно развиваясь и ослабляя сечение, вызывает в некоторый момент времени внезапное разрушение детали, которое нередко связано с авариями и тяжелыми последствиями. Это часто происходит в результате усталости материала [1].
Основная часть. Механизм усталостного разрушения во многом связан с неоднородностью реальной структуры материалов (различие размеров, формы, ориентации соседних зёрен металла, наличие разных включений - шлаков, примесей; дефекты кристаллической решётки, дефекты поверхности материала -царапины, коррозия и т. д.). В связи с указанной неоднородностью при переменных нагрузках на границах отдельных включений и поблизости от микроскопических полостей и разных дефектов возникает концентрация напряжений, которая приводит к микропластичным деформациям сдвига некоторых зёрен металла (при этом на поверхности зёрен могут появляться полосы скольжения) и накопления сдвигов (которые на некоторых материалах проявляются в виде микроскопических выступов и впадин - экструзий и интрузий). Далее происходит развитие сдвигов в микротрещине, их сращивание, на последнем этапе появляется одна или несколько макротрещин, которая достаточно интенсивно развивается (разрастается). Края трещины под действием переменной нагрузки притираются друг к другу, и поэтому зона роста трещины отличается гладкой (полированной) поверхностью. По мере разрастания трещины поперечное се-
чение детали всё более ослабляется, и, наконец, происходит случайное хрупкое разрушение детали, при этом зона хрупкого излома имеет грубозернистую кристаллическую структуру (как при хрупком разрушении). Из-за усталостного разрушения часто появляются дислокации.
Дислокация - это дефекты кристаллического строения, представляющие собой линии, вдоль и вблизи которых нарушено характерное для кристалла правильное расположение атомных плоскостей. Простейшие виды дислокаций - краевые и винтовые. Краевая дислокация представляет собой линию, вдоль которой обрывается внутри кристалла край «лишней» полуплоскости. Неполная плоскость называется экстраплоскостью.
Большинство дислокаций образуются путем сдвигового механизма. Ее образование можно описать при помощи следующей операции. Надрезать кристалл по плоскости, сдвинуть нижнюю часть относительно верхней на один период решетки в направлении, перпендикулярном края плоскости, а затем вновь сблизить атомы на краях разреза внизу.
Другой тип дислокаций - винтовая дислокация. Винтовая дислокация получена при помощи частичного сдвига по плоскости вокруг линии этой плоскости. На поверхности кристалла образуется ступенька, проходящая от точки Е до края кристалла. Такой частичный сдвиг нарушает параллельность атомных слоев, кристалл превращается в одну атомную плоскость, закрученную по винту в виде полого геликоида вокруг линии плоскости, которая представляет границу, отделяющую часть плоскости скольжения, где сдвиг уже произошел, от части, где сдвиг не начинался. Вдоль линии плоскости перемещения наблюдается макроскопический характер области несовершенства, в других направлениях ее размеры составляют несколько периодов [2-4].
Если переход от верхних горизонтов к нижним осуществляется поворотом по часовой стрелке, то дислокация правая, а если поворотом против часовой стрелки - левая.
Гипотезы разрушения материалов при контактном и циклическом нагружения и аспекты прочности были описаны Гриффитсоном [4; 5], который объяснил расхождение в прочности идеальных и реальных хрупких тел наличием дефектов типа трещин.
Орован, Тейлор и Поляни разработали теорию дислокаций и предложили связать снижение прочности и пластичности твердых тел с наличием дислокаций [5].
Екобори предложил способ определения прочности и причин разрушения твердого тела, в котором одновременно учитывается макроконцентрация напряжений от дефектов типа скопления дислокаций [5]. При повторно-переменном нагружении трещины возникают в наиболее пластически деформированных микрообъемах материала, границы зерен задерживают пластическую деформацию, усталостная трещина развивается по телу зерна и не распространяется по границам зерен, при пересечении границ зерен она распространяется с замедленной скоростью, циклическая нагрузка вызывает в зернах структуры металла полосы разрыхления [6].
Для металлов и сплавов, проявляющих физический предел выносливости, принята база испытаний 107 циклов, а для материалов, ординаты кривых усталости которых по всей длине непрерывно уменьшаются с ростом числа циклов, - 108 циклов. В настоящее время различают многоцикловую усталость и малоцикловую усталость. Согласно ГОСТ 23.207-79 многоцикловая усталость - это усталость материала, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит в основном при упругом деформировании, а малоцикловая усталость - это усталость материала, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит при упругопластическом деформировании [7].
В проведенных исследованиях [8] рассматривались вопросы, связанные с явлением перекашивания тел качения в зоне силового контакта и смежных с ним явлений, в том числе и взаимосвязь первичных усталостных разрушений.
На перекос игл оказывают влияние и конструктивные элементы подшипника. Возникающее геометрическое скольжение зависит от коэффициента трения: чем меньше будет коэффициент трения, тем лучше будет работать сам подшипник, а это можно сделать путем подбора соответствующей сказки подшипникового узла и повышением чистота рабочих поверхностей подшипника.
Заключение. Согласно проведенным исследованиям [6-8] для повышения срока службы карданной передачи целесообразно повышать жесткость вилок шарнира и снижать жесткость шипа. Рекомендуется также повышать чистоту обработки рабочих поверхностей контактирующих тел в целях снижения коэффициента трения скольжения. Любые разрушения, включая усталостные, приводят к появлению в структуре материала дислокаций кристаллической решетки нагружаемого материала.
Для предупреждения такого вида разрушений материалов необходимо применять защитные меры, такие как легирование, старение, закалка и т. п. Также необходимо выполнять расчёты нагрузки для данного типа материала, такие как испытание на растяжение и изгиб. Воздействия деформации необходимо минимизировать.
Библиографические ссылки
1. Терентьев В. Ф., Оксогоев А. А. Циклическая прочность металлических материалов / Новосиб. гос. техн. ун-т. Новосибирск, 2001. 61 с.
2. Фетисов Г. П. Материаловедение и технология металлов. М., 2000. 625 с.
3. Лахтин, Ю. М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М. : Машиностроение, 1990. 528 с.
4. Екобори Т. Физика и механика разрушения и прочности твердых тел. М. : Металлургия, 1971. 264 с.
5. Екобори Т. Научные основы прочности и разрушения материалов. Киев : Наукова думка. 1978. 351 с.
6. Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А., Ереско Т. Т. Анализ современных представлений и подходов при исследовании усталостных разрушений игольчатых подшипников // Решетневские чтения : материалы XVII Междунар. науч. конф. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. С. 287-288.
7. Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А. Малоцикловая усталость игольчатого подшипника // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы IX Всерос. науч.-практ. конф. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. С. 154-155.
8. Меновщиков В. А., Ереско С. П. Влияние перекоса тел качения и смежных явлений на работоспособность игольчатых подшипников карданного шарнира. Механики XXI веку. 2006. № 5. С. 276-288.
References
1. Terentev V. F., Oksogoev A. A. Cyclic durability of metallic materials. Novosibirsk, 2001. 61 p.
2. Fetisov G. P. Science dealing with metals and technology of metals. Moscow, 2000. 625 p.
3. Lahtin Y. M., Leonteva V. P. Science dealing with metals. Moscow, 1990. 528 p.
4. Ekobori T. Physics and fracture mechanics and strength of solids . Moscow : Metallurgy , 1971 . 264 p .
5. Ekobori T. Scientific basis of strength and fracture of materials. Kiev : Naukova Dumka, 1978. 351 p.
6. Kukushkin E. V., Menovshchikov V. A., Eresko T. T. [The analysis of modern concepts and approaches in the study of fatigue failures of needle bearings] // Мaterialy XVI Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials XVI Intern. Scientific. Conf "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2013. P. 287-288. (In Russ.)
7. Kukushkin E. V., Menovshchikov V. A. [Low Cycle Fatigue needle bearing] // Мaterialy Mezhdunar. nauch. konf. "Aktualnie problem aviacii i kosmonavtiki" [Materials Intern. Scientific. Conf "Current issues of aviation and cosmonautics"]. Krasnoyarsk, 2013. P. 154-155. (In Russ.)
8. Eresko S. P., Menovshchikov V. A. [Influence of defect of bodies of woobling and contiguous phenomena on the capacity of the needle-shaped bearing of cardan hinge] // Мaterialy XV Mezhdunar. nauch. konf. "Mechaniki XXI veku" [Materials Intern. Scientific. Conf "Mechanics of XXI century"]. Bratsk : Bratsk State University, 2006. P. 276-288. (In Russ.).
© Ереско Т. Т., Жабинская А. Н., Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А. 2016
