Estimating the Residual Resource of Basic Structures Using a Model of Fatigue Durability under Complex Loading
Loading...
Date
2022
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
PC TECHNOLOGY CENTER, Kharkiv
Abstract
ENG: This paper reports the construction of a durability model of basic structures, which takes into consideration the complex stressed state under the cyclic action of the complex load. The models that take into consideration this factor are categorized on the basis of equivalent for a certain indicator of the stressed-strained state. The equivalence models based on the tangent stresses and strains have been recognized as the most effective ones. However, they hold when the ratio of the limits of fatigue under tangent and normal stresses exceeds 0.5. In addition, determining the latter requires specific testing equipment. The concept of basic bearing structures for industrial equipment has been formulated. The issue related to the multi-axis fatigue of basic structures was considered from the standpoint of combining the reliability indicators of systems. The durability model has been derived from the rule of combining resource safety indices. The load is represented as a combination of individual subprocesses of simple types of deformation with their amplitudes and asymmetries. A model of durability with multi-axis fatigue has been built, which takes into consideration the parameters of the form of the strain cycle, and the type of process (synphase, disproportionate, unchanging static stress). The possibility of obtaining parameters for the multi-axis fatigue model during tests for three-point bending under conditions of varying the multiplicity of the span has been confirmed. According to this scheme, fatigue tests of prismatic samples of the steels 09G2 and 40H were carried out. For them, the parameters of fatigue resistance were found; additionally, the ratio of the fatigue limit for tangent stresses of displacement and fatigue limits for normal bending stresses, which is equal to 0.385, was established. A test procedure has been devised to determine the initial data for the multi-axle fatigue model, which is suitable for conventional test machines and simple-shape samples. The latter advantage is important precisely for basic structures, from fragments of which it is difficult to fabricate a sample of a complex shape.
UKR: Стаття присвячена розробці моделі довговічності базових конструкцій, яка враховує складний напружений стан при циклічній дії комплексного навантаження. Класифікація моделей для врахування цього чинника надана за ознакою еквівалентування по певному показнику напружено-деформованого стану. Найбільш ефективним визнаються моделі еквівалентування за дотичними напруженнями і деформаціями. Але вони працюють при відношенні меж втоми за дотичними і нормальними напруженнями більшим від 0,5. До того ж, визначення останніх потребує специфічного випробувального обладнання. Сформульовано поняття про базові несучі конструкції промислового устаткування. Проблему багатовісної втоми базових конструкцій розглянуто з позицій об’єднання показників надійності систем. Модель довговічності виведено з правила об’єднання ресурсних індексів безпеки. Навантаження представляється як комбінація окремих субпроцесів простих типів деформування зі своїми амплітудами і асиметріями. Розроблена модель довговічності при багатовісній втомі, яка враховує параметри форми циклу деформування, тип процесу (синфазний, непропорційний, незмінне статичне напруження). Підтверджена можливість отримання параметрів моделі багатовісної втоми при випробуваннях на три точковий згин за умов варіювання кратності прольоту. По такій схемі проведено втомні випробування призматичних зразків сталей 09Г2 та 40Х. Для них знайдено параметри опору втомі, а також встановлено відношення межі втоми для дотичних напружень зсуву і межі втоми для нормальних напружень згину, яке дорівнює 0,385. Розроблено методику випробувань для визначення первісних даних для моделі багатовісної втоми, яка придатна для звичайних випробувальних машин і зразків простої форми. Остання перевага важлива саме для базових конструкцій, з фрагментів яких важко виготовити зразок складної форми.
UKR: Стаття присвячена розробці моделі довговічності базових конструкцій, яка враховує складний напружений стан при циклічній дії комплексного навантаження. Класифікація моделей для врахування цього чинника надана за ознакою еквівалентування по певному показнику напружено-деформованого стану. Найбільш ефективним визнаються моделі еквівалентування за дотичними напруженнями і деформаціями. Але вони працюють при відношенні меж втоми за дотичними і нормальними напруженнями більшим від 0,5. До того ж, визначення останніх потребує специфічного випробувального обладнання. Сформульовано поняття про базові несучі конструкції промислового устаткування. Проблему багатовісної втоми базових конструкцій розглянуто з позицій об’єднання показників надійності систем. Модель довговічності виведено з правила об’єднання ресурсних індексів безпеки. Навантаження представляється як комбінація окремих субпроцесів простих типів деформування зі своїми амплітудами і асиметріями. Розроблена модель довговічності при багатовісній втомі, яка враховує параметри форми циклу деформування, тип процесу (синфазний, непропорційний, незмінне статичне напруження). Підтверджена можливість отримання параметрів моделі багатовісної втоми при випробуваннях на три точковий згин за умов варіювання кратності прольоту. По такій схемі проведено втомні випробування призматичних зразків сталей 09Г2 та 40Х. Для них знайдено параметри опору втомі, а також встановлено відношення межі втоми для дотичних напружень зсуву і межі втоми для нормальних напружень згину, яке дорівнює 0,385. Розроблено методику випробувань для визначення первісних даних для моделі багатовісної втоми, яка придатна для звичайних випробувальних машин і зразків простої форми. Остання перевага важлива саме для базових конструкцій, з фрагментів яких важко виготовити зразок складної форми.
Description
S. Belodedenko: ORCID 0000-0002-5768-594X; O. Hrechanyi: ORCID 0000-0003-0524-4998; V. Hanush: ORCID 0000-0002-7321-2691; A. Vlasov: ORCID 0000-0003-3253-6435
Keywords
basic load-bearing structures, multi-axis fatigue, safety index, shear stresses, опорні несучі конструкції, багатоосьова втома, показник міцності, зсувні напруження, КМАМВ
Citation
Belodedenko S., Hrechanyi O., Hanush V., Vlasov A. Estimating the Residual Resource of Basic Structures Using a Model of Fatigue Durability under Complex Loading. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2022. Vol.3. No. 1 (117). P. 33–41. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.257013.