Хрупкое разрушение деталей конструкций мобильных энергетических средств

УДК 631.3.004.67

Хрупкое разрушение деталей конструкций

мобильных энергетических средств

,

ФГОУ ВПО МГУП, г. Москва, Россия

Возникновение и развитие трещин в элементах конструкции деталей начали замечать и регистрировать со времен начала промышленной революции. В то время появление трещин приводило к разрушениям малоответственных единичных конструкций, а в последующем к систематическим и внезапным разрушениям ответственных сооружений и высоким экономическим потерям [1, 2, 3].

К одному из первых достоверно зарегистрированных разрушений конструкций путем появления и развития в них усталостных трещин относится разрушение в 1830 г., подвесного моста через р. Эко в Шотландии, когда произошел обрыв одной из главных цепей его крепления. В этот же период систематически наблюдались разрушения чугунных пушек при выстреле. Причем такие разрушения были настолько обычными, что высокая степень риска для солдат, обслуживающих эти пушки, считалось естественной.

В середине и в конце XIX в. разрушения от появления трещин стали систематическими. Разрушились корабли, резервуары, паровые котлы, оружие малого и большого калибра, рельсовые пути.

В начале XX в. такие разрушения стали принимать формы катастроф. Так, в 1901 г. в Северном море разломился пополам совершенно новый эсминец «Кобра» Британского ВМФ, а в 1903 г. – эсминец того же типа «Волк». В 1940–х г. наблюдалось массовое разрушение американских кораблей сварной конструкции типа «Океан» и «Либерти», а также нефтеналивных танкеров типа Т–2. Был зарегистрирован также случай, еще на стапелях в танкере образовалась трещина длиной 13 метров.

Несмотря на проведение крупных научно–исследовательских работ и значительные успехи, достигнутые в механике трещин, разрушения конструкций продолжаются и в наше время. Так, в 1973 г. разрушился мост пролетом 336м через реку Огайо в США. В 1976 г. Произошло разрушение моста Рейхсбрюкке через р. Дунай в Вене. В эти же годы были зарегистрированы крупные разрушения газопроводов, в которых наблюдались трещины рекордной длины – в несколько километров. Известны многочисленные случаи возникновения трещин в конструкциях самолетов и других летательных аппаратов.

В 1986 г. в результате нарушения плотности стыка в корпусе твердотопливного ускорителя и прорыва горящих газов потерпел катастрофу американский космический корабль многоразового использования «Челленджер» с семью астронавтами на борту. Стоимость корабля оценивалась в 1,2 млрд. долларов.

Хрупкие разрушения элементов конструкций машин типа автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин менее впечатляюще, но экономический ущерб от таких разрушений во много раз превышает потери от разрушения единичных крупных сооружений [4, 5]. Поэтому, разработкам методов оценки и прогнозирования долговечности конструкций с трещинами уделяется все больше внимания. В качестве примеров таких разрушений на рис. 1, 2, 3 и 4 приведены картины роста трещин в конструкциях мобильных энергетических средств, и некоторые наблюдаемые в эксперименте закономерности развития этих трещин со временем. На рисунке 1 схематически показаны тележка трактора Т–4 и места наиболее частого возникновения в ней трещин.

На рисунке 2 представлена наиболее типичная трещина, а на рис. 3 – закономерность роста этой трещины по мере увеличения числа циклов нагружения при различных уровнях воздействий.

Рис. 1. Трещины в раме тележки трактора

Рис. 2. Трещина в типичном узле рамы

Рис. 3. Закономерности роста трещин в типичном узле трактора:

1 – s = 131,5 МПа; 2 и 3 – s = 85 МПа; 4 – s = 76,5 МПа; 5 – s = 55 МПа

На рисунке 4 изображены трещины в передней панели кабины мобильного энергетического средства и закономерности их развития со временем.

Рис. 4. Расположение типичных трещин (а) и закономерности

их роста (б) в панели кабины трактора:

1–4 – номера трещин и соответствующих закономерностей

Подобные примеры можно было бы продолжить. Однако ограничимся только приведенными, чтобы проиллюстрировать возможности расчетных методов анализа живучести сложных конструкций мобильных энергетических средств [6].

Исследование структуры и свойств упрочненных поверхностных слоев материалов деталей мобильных средств после хрупкого их разрушения требует интенсивное внедрение в конструкторско–технологическую практику наиболее прогрессивных методов поверхностного упрочнения, обеспечивающих повышенные износостойкость, коррозионную стойкость и необходимый запас трещиностойкости основного металла деталей конструкций.

Особое значение при этом имеет разработка количественных моделей, связывающих долговечность деталей с параметрами упрочнения, физико–механическими свойствами материала упрочняемых деталей мобильных энергетических средств с учетом режимов их эксплуатации.

Библиографический список

, E., и др. Усталость и хрупкость металлических материалов.– М.: Наука, 19с. , Колесниченко поверхности и трение в машинах. Киев: Техника, 19с. , //Проблемы прочности. 1977. № 2. С. 10–15. Степнов M. Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник. M.: Машиностроение, 19с.

5.  Владимиров природа разрушения металлов.– M.: Металлургия, 19с.

6.  , Апатенко прогнозирования надежности и долговечности узлов и агрегатов культуртехнических комплексов. Сборник научных трудов МГАУ им. . М.: 2002.