WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Андриашевич Максим Николаевич РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ НА ОСНОВЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ, МЕТАЛЛОГРАФИИ ПОЛОС СКОЛЬЖЕНИЯ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТАЛЕЙ Специальности: 05.02.01 – Материаловедение (машиностроение) 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (технические наук

и)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Нижний Новгород 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Нижегородский государственный технический университет”

Научный консультант: кандидат технических наук Андреев Вячеслав Викторович

Официальные оппоненты: доктор технических наук Пачурин Герман Васильевич кандидат технических наук Говядинов Сергей Александрович

Ведущая организация: Нижегородский филиал Института машиноведения им. А. А. Благонравова РАН

Защита состоится _ июня 2006 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.165.07 при Нижегородском государственном техническом университете по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ГСП-41, ул. К. Минина, 24, корп. №1, ауд. 1258.

Факс: 8-(8312)-36-23-11

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета

Автореферат разослан мая 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.165.07 доктор технических наук, профессор В. А. Ульянов 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Большое количество деталей машин и элементов конструкций в процессе эксплуатации подвергаются циклическим нагрузкам.

Циклические нагрузки представляют собой основное воздействие на детали машин и элементы конструкций, большинство которых изготавливается из сталей.

Экспериментальное определение показателей сопротивления усталости в каждом конкретном случае – длительная и чрезвычайно дорогая процедура, связанная с построением диаграмм Велера. Необходимость сокращения материальных и технических затрат требует разработки методов прогнозирования свойств сталей, в том числе и на основе обобщения полученных ранее экспериментальных данных. Для этого требуется объединить данные в составе неких интегральных моделей поведения свойств конструкционных материалов при циклическом нагружении. Высокая чувствительность и неоднозначность поведения показателей сопротивления усталости конструкционного материала, подвергающегося циклическому нагружению, к химическому составу, структуре, механизму деформации, а также геометрия детали осложняют разработку методов прогнозирования, затрудняют построение единой модели.

Изучению явления усталости посвящено огромное количество научных работ как в нашей стране, так и за рубежом. Начиная с момента “сознательного” изучения явления усталости, который связывают с исследованиями немецкого инженера А.

Велера (1858 г.), по данной проблеме опубликовано свыше 30000 научных трудов.

Среди ученых, внесших значительный вклад в изучение явления усталости, необходимо назвать И. А. Одинга, С. В. Серенсена, В. Т. Трощенко, В. С. Иванову, Г.

В. Ужика, С. И. Кишкину, Н. Н. Афанасьева, В. П. Когаева, В. М. Гребеника, И. В.

Кудрявцева, В. Ф. Терентьева, Л. М. Акимова, Л. Д. Соколова, Н. В. Олейника, A. A.

Griffith, E. Orowan, L. F. Coffin, N. F. Mott, A. H. Cottrel, T. Yokobori и других.

Разработка методов ускоренного определения показателей сопротивления усталости была предметом исследования М. Н. Степнова, В. Т. Трощенко, С. П. Евстратовой, В.

Н. Пантелеева, Д. И. Гольцева, В. С. Ивановой и Л. К. Гордиенко, С. И. Яцкевича, Л.

В. Муратова, В. А. Скуднова, Д. И. Шетулова. Количественным анализом влияния факторов различного рода на показатели сопротивления усталости и разработкой системы учета их совместного действия занимались И. А. Одинг, Н. И. Конончук, Л.

М. Акимов, Д. И. Шетулов, В. П. Когаев и другие.

Многолетние исследования явления усталости позволили накопить значительные объемы информации по экспериментальной оценке результатов воздействия циклической нагрузки на конструкционный материал, однако, как отмечается в литературе, до настоящего времени не приблизили исследователей к удовлетворительному решению проблемы точного прогнозирования сопротивления усталостному разрушению конструкционных материалов.

Принято рассматривать энергетические, дислокационные, статистические или другие научные гипотезы для объяснения процессов разрушения материала при циклическом нагружении.

Многообразие накопленных экспериментальных данных не позволяет однозначно принять, как единственно соответствующую наблюдаемым результатам, ни одну из этих гипотез.

В общем данные по усталости многочисленных металлов представляют собой слабоструктурированный, многомерный массив информации о физике разрушения, механических свойствах, кривых усталости. Большинство предлагаемых в литературе эмпирических зависимостей, которые связывают значения искомых показателей сопротивления усталости сталей с различными механическими свойствами, расчетными или экспериментально получаемыми параметрами, имеют ограниченную область определения.

Очевидна, таким образом, необходимость разработки процедуры преобразования экспериментальных данных по усталости на примере сталей, позволяющей объединять имеющуюся слабоструктурированную, разнородную информацию в рамках общего подхода.

Таким образом, разработка методов прогнозирования показателей сопротивления усталости сталей, а также исследования в области систематизации и обобщения разнородной информации по показателям сопротивления усталости сталей и реализация их результатов в виде информационных систем прогнозирования являются актуальными научными задачами, имеющими теоретическое и практическое значение.

Цель и задачи диссертационной работы. Цель работы заключается в разработке методов прогнозирования показателей прочности и долговечности деталей машин и конструкций, изготовленных из сталей марок 30, 35, 35Л, 40, 40У, 45, 45Л, 50, на основе обобщения разнородной физической, металлургической, металлографической, механической экспериментальной информации с использованием обобщенной модели кривых усталости и технологии нейросетевого программирования.

Программа исследований для достижения цели включала:

- изучение закономерностей механического поведения сталей в различных средах, после различных видов термической, пластической и комбинированной обработки при циклических и статических нагрузках и представление характерных кривых усталости во всем диапазоне их возможных изменений;

- выявление (установление) наиболее информативных параметров: физических (твердость), механических (уровень прочности, пластичности, упрочняемости), металлографических (картины полос скольжения), энергетических (энергоемкость, напряженное состояние), которые определяют механическое поведение материала и характеристики деталей при циклических и статических нагрузках всех кристаллических тел;

- построение обобщенной модели поведения параметров сопротивления усталости сталей в зависимости от различной физической, металлургической, металлографической, механической информации в диапазоне числа циклов нагружения от 104 до 107;

- разработка методов прогнозирования показателей сопротивления усталости сталей в диапазоне от 104 до 107 циклов нагружения с использованием обобщенной модели и технологии нейросетевого программирования;

- проверка адекватности описания поведения сталей при циклическом нагружении на основе разработанной информационной модели.

Объект исследования: кривые усталости сталей в различных состояниях и средах.

Методы исследования: экспериментально-аналитический, математическое моделирование, статистический, оптимизации, искусственного интеллекта (нейросетевое программирование), факторного анализа.

Научная новизна работы:

1. Разработана новая процедура обобщения физических, металлургических, металлографических, механических данных о поведении сталей при усталости.

2. Получена новая зависимость, связывающая информацию о параметрах сопротивления усталости сталей с различными параметрами, характеризующими конструкционные, технологические и эксплуатационные факторы.

3. Проведено преобразование традиционной формы представления экспериментальных результатов по многоцикловой усталости сталей в систему приведенных координат (на основе совместного использования нормировки на этапе предобработки данных).

4. Систематизированы экспериментальные данные по усталости сталей, полученные большим количеством авторов, в условиях действия разнообразных комбинаций факторов, и создана на их основе обобщенная модель.

5. Разработан новый метод прогноза на основе полученных зависимостей и предложена его реализация с использованием искусственной нейронной сети.

6. Решен ряд практических задач прогнозирования показателей сопротивления усталости лабораторных образцов и натурных деталей.

Практическая значимость работы. Предложенные автором методы и процедуры их обработки позволили систематизировать информацию по показателям сопротивления усталости сталей. Данные методы применены при решении практической задачи определения параметров сопротивления усталости и построении прогнозируемых кривых усталости натурных деталей (цепей тяговых устройств, деталей пресса и т.д.) машин. Результаты могут быть использованы в автомобилестроении, станкостроении и других областях техники, где детали изготавливаются из сталей.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод анализа и обобщения разнородной физической, металлографической, механической и другой информации о характере полос скольжения при циклических и статических нагрузках и характере поведения кривых усталости сталей.

2. Разработка обобщенной модели и процедуры обобщения характеристик поведения кривых усталости в области многоцикловой усталости.

3. Разработка методов прогнозирования показателей сопротивления усталости сталей на основе обобщенной модели и технологии нейросетевого программирования.

4. Программа реализации методов прогнозирования параметров сопротивления усталости сталей и примеры ее применения в технике.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических семинарах и конференциях:

1. Научно-технические семинары кафедр “Детали машин и теория механизмов и машин” и “Материаловедение и технологии новых материалов” Нижегородского государственного технического университета (Н.Новгород, 2003 – 2004 гг.).

2. III Международный Форум по проблемам науки, техники и образования.

(Москва, 2003 г.).

3. Всероссийские научно-технические конференции “Информационные системы и технологии” (Н.Новгород, 2004-2005 гг.).

4. Региональные молодежные научно-технические конференции “Будущее технической науки Нижегородского региона” (Н.Новгород, 2002 –2004 гг.).

5. Международная конференция “Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин” (Самара, 2003 г.) 6. XI международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых “Современные техника и технологии” (Томск, 2005 г.).

7. Международная молодежная научно-техническая конференция “Будущее технической науки” (Н.Новгород, 2005 г.).

8. IX Нижегородская сессия молодых ученых “Голубая Ока” (Дзержинск, 2004 г.).

9. Научно-техническая конференция молодых специалистов и студентов в ННИИРТ (Н.Новгород, 2004 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 22 работах общим объемом более 7 печатных листов. Из них 5 статей депонированы в ВИНИТИ РАН, 2 статьи опубликованы в сборниках научных трудов, 6 тезисов докладов в трудах Международных и Всероссийских научно-технических конференций, тезисов докладов в трудах региональных научно-технических конференций и семинаров. В Федеральной службе РФ по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам получены 2 свидетельства об официальной регистрации разработанных программ, а также патент Российский Федерации на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа содержит страниц, в том числе 58 рисунков и 13 таблиц. Список использованной литературы включает 258 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, отмечена научная новизна и практическая значимость работы, приведены основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту, а также сведения об апробации результатов работы. Описана структура работы и краткое содержание ее разделов.

В первой главе диссертации рассмотрены и классифицированы методы ускоренного построения кривой усталости по следующим признакам:

- методы, использующие в качестве критерия для оценки изменение различных характеристик при накоплении повреждений материала;

- методы, использующие левый наклонный участок кривой усталости для определения показателей усталостной прочности и долговечности;

- методы, учитывающие суммирование усталостных повреждений от нагрузок переменной величины, изменяемой плавно или дискретно.

При выполнении прогноза известные методы разделяются на три группы:

- не требующие испытания исследуемых объектов;

- требующие выполнения испытаний на одном уровне напряжений;

- требующие выполнения испытаний при изменяемой плавно или дискретно нагрузке.

По области применения методы делятся на две группы:

- пригодные для натурных деталей и образцов;

- пригодные только для образцов из конструкционных материалов.

Рассмотрены традиционные способы представления результатов испытаний на усталость. К ним относится построение кривой усталости в двойных логарифмических координатах. Ее внешний вид представлен на Рис. 1. Кривая представляет собой два прямолинейных участка, соединяющихся в точке перегиба, соответствующей пределу выносливости. Левый, более крутой участок, характеризуется углом наклона к оси числа циклов нагружения. Правый в большинстве случаев считается горизонтальным.

Также в первой главе представлены цели и задачи исследования.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.