Пошкодження робочих елементів інструменту, пов’язаних із пластичним деформуванням затверділих органічних речовин
Loading...
Files
Date
2014
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
UK: Мета. Найбільша частина вантажних перевезень в Україні здійснюється залізничним транспортом. Державна статистика щорічних вантажних перевезень залізницями (січень-листопад) фіксує наступні дані:
2011 р. – 468 млн. т (108,2 % до 2010 р.); 2012 р. – 421,5 млн. т (98,5 % до 2011 р.); 2013 р. – 441,8 млн. т (96,6 % до 2012 р.). Незважаючи на щорічне зменшення обсягів вантажних перевезень, вагомий внесок при
транспортуванні вантажів належить перевозкам у цистернах. Тому при експлуатації цистерн надзвичайно актуальним на сьогодні є подовження терміну їх довговічності. Сучасні уявлення про накопичення втомних
пошкоджень в деталях рухомого складу залізничного транспорту ґрунтуються на моделях, які оцінюють довговічність металевих систем, залежно від умов навантажень. Ці моделі дозволяють з достатнім рівнем точності виконувати оцінку знеміцнення металевих систем в умовах багатоциклової втоми та за наявності
пружних деформацій. Водночас, особливості поведінки контртіл ці моделі не враховують. Метою цієї роботи є побудова математичної моделі, яка дозволяє оцінювати довговічність робочих інструментів, що використовуються при очищенні затверділих органічних вантажів залізничних цистерн. Методика. З використанням сучасних підходів механіки деформованого твердого тіла було виконано аналіз впливу параметрів будови
органічних речовин на довговічність високонавантажених елементів конструкцій. Введення в даній роботі співвідношення взаємодії пошкоджень відноситься, головним чином, до тих елементів конструкції інструменту, які, внаслідок впливу широкосмугових гауссівських випадкових навантажень, здійснюють коливання
зі своїми резонансними або навколорезонансними частотами. Результати. Вивчено вплив особливостей втомних навантажень на довговічність конструкції. Так, отримані результати свідчать про зростання пошкоджень, які вносяться циклами із малими амплітудами напружень, із-за нелінійного ефекту взаємодії робочого елементу інструменту з органічним матеріалом. Для наведеного прикладу була розрахована довговічність стомлюваності, яка, згідно уточненої оцінки, виявилась зниженою на 10…15 %. Зниження на 10 %
відповідає максимальній амплітуді напруження 5σ , а зниження на 15 % – максимальній амплітуді 7σ . Наукова новизна. Аналітично показано, що параметри знеміцнення металевих систем пов’язані з кінетикою втомних пошкоджень, що накопичуються у металевих конструкціях під час зовнішніх навантажень.
Практична значимість. Автором було запропоновано співвідношення, які дозволяють оцінювати залишковий ресурс деталі в умовах заданого послідовного багаторівневого циклічного навантаження.
RU: Цель. Наибольшая часть грузовых перевозок в Украине совершается железнодорожным транспортом. Государственная статистика ежегодных железнодорожных грузовых перевозок (январь-ноябрь) фиксирует следующие данные: 2011 г. – 468 млн. т (108,2% до 2010 г.); 2012г. – 421,5 млн. т (98,5% до 2011г.); 2013г. – 441,8 млн. т (96,6% до 2012г.). Несмотря на ежегодное уменьшение объемов грузовых перевозок, весомый вклад при транспортировке грузов принадлежит перевозкам в цистернах. Именно поэтому при эксплуатации цистерн сегодня очень актуальным является продолжение термина их долговечности. Современные представления о накоплении усталостных повреждений в деталях подвижного состава железнодорожного транспорта основываются на моделях, оценивающих долговечность металлических систем в зависимости от условий нагрузок. Эти модели позволяют с достаточным уровнем точности выполнять оценку разупрочнения металлических систем в условиях многоциклового утомления и при наличии упругих деформаций. В то же время, особенности поведения контртел эти модели не учитывают. Целью этой работы является построение математической модели, позволяющей оценивать долговечность рабочих инструментов, которые используются при очищении затвердевших органических грузов железнодорожных цистерн. Методика. С использованием современных подходов механики деформированного твердого тела был произведен анализ влияния параметров строения органических веществ на долговечность большегрузных элементов конструкций. Введение в данной работе соотношения взаимодействия повреждений относится, главным образом, к тем элементам конструкции инструмента, которые, вследствие влияния широкополосных гауссовских случайных загрузок, совершают колебания со своими резонансными или околорезонансными частотами. Результаты. Изучено влияние особенностей усталостных нагрузок на долговечность конструкции. Так, полученные результаты свидетельствуют о росте повреждений, которые вносятся циклами с малыми амплитудами напряжений, из-за нелинейного эффекта взаимодействия рабочего элемента инструмента с органическим материалом. Для приведенного примера была рассчитана долговечность утомляемостью, которая, согласно уточненной оценке, оказалась пониженной на 10...15%. Снижение на 10% соответствует максимальной амплитуде напряжения 5σ, а снижение на 15% – максимальной амплитуде 7σ. Научная новизна. Аналитически показано, что параметры разупрочнения металлических систем связаны с кинетикой усталостных повреждений, которые накапливаются в металлических конструкциях при внешних нагрузках. Практическая значимость. Автором были предложены соотношения, которые позволяют оценивать остаточный ресурс детали в условиях заданной последовательной многоуровневой циклической нагрузки.
EN: Purpose. Most of the freight traffic in Ukraine is made by railway transport. Government statistics of annual railway freight traffic (January-November) records the following data: 2011 - 468 million tons (108.2% to 2010); 2012 – 421.5 million tons (98.5% to 2011); 2013 – 441.8 million tons (96.6% by 2012). Despite the annual decrease of freight traffic volumes, a significant contribution during the freight traffic belongs to transportation in tanks. That is why the term of their service life extension is very topical today at the operation of tanks. Modern ideas about the accumulation of fatigue damages in the details of railway vehicles are based on models that assess the service life of metallic systems, depending on the load conditions. These models with sufficient accuracy let carry out an assessment of softening of metallic systems in high-cycle fatigue conditions and at the presence of elastic deformation. At the same time, peculiarities of counterbodies′ behavior these models do not take into account. The purpose of this paper is to construct a mathematical model to evaluate the durability of the operating tools, which are used in the purification of solidified organic cargo of tank cars. Methodology. With the use of modern approaches of deformed solid body mechanics the parameters impact of organic substances structure on the service life of heavy structural elements was analyzed. We present the interaction of damages ratio in this article. It relates mainly to those elements of the tool structure, which due to the influence of broadband Gaussian random loadings oscillate with their resonant or near-resonant frequencies. Findings. The influence of the fatigue loads features on the structure durability was studied. Thus, the obtained results suggest the increase of damages that are entered with low-amplitude cycles of strain, because of the nonlinear effect of the interaction between instrument operational elements with organic material. For the given example durability with fatigue which, according to an updated assessment, had been reduced by 10...15% was calculated. A decrease of 10% corresponds to the maximum amplitude of the voltage 5σ , and a decrease of 15% - the maximum amplitude 7σ . Originality. It is analytically shown that parameters of the metallic systems softening are connected with the kinetics of fatigue damages that accumulate in the metal structures under external loads. Practical value. Authors have proposed correlation that allows estimating the residual life of the part in conditions of a given sequence of multilevel cyclic loading.
RU: Цель. Наибольшая часть грузовых перевозок в Украине совершается железнодорожным транспортом. Государственная статистика ежегодных железнодорожных грузовых перевозок (январь-ноябрь) фиксирует следующие данные: 2011 г. – 468 млн. т (108,2% до 2010 г.); 2012г. – 421,5 млн. т (98,5% до 2011г.); 2013г. – 441,8 млн. т (96,6% до 2012г.). Несмотря на ежегодное уменьшение объемов грузовых перевозок, весомый вклад при транспортировке грузов принадлежит перевозкам в цистернах. Именно поэтому при эксплуатации цистерн сегодня очень актуальным является продолжение термина их долговечности. Современные представления о накоплении усталостных повреждений в деталях подвижного состава железнодорожного транспорта основываются на моделях, оценивающих долговечность металлических систем в зависимости от условий нагрузок. Эти модели позволяют с достаточным уровнем точности выполнять оценку разупрочнения металлических систем в условиях многоциклового утомления и при наличии упругих деформаций. В то же время, особенности поведения контртел эти модели не учитывают. Целью этой работы является построение математической модели, позволяющей оценивать долговечность рабочих инструментов, которые используются при очищении затвердевших органических грузов железнодорожных цистерн. Методика. С использованием современных подходов механики деформированного твердого тела был произведен анализ влияния параметров строения органических веществ на долговечность большегрузных элементов конструкций. Введение в данной работе соотношения взаимодействия повреждений относится, главным образом, к тем элементам конструкции инструмента, которые, вследствие влияния широкополосных гауссовских случайных загрузок, совершают колебания со своими резонансными или околорезонансными частотами. Результаты. Изучено влияние особенностей усталостных нагрузок на долговечность конструкции. Так, полученные результаты свидетельствуют о росте повреждений, которые вносятся циклами с малыми амплитудами напряжений, из-за нелинейного эффекта взаимодействия рабочего элемента инструмента с органическим материалом. Для приведенного примера была рассчитана долговечность утомляемостью, которая, согласно уточненной оценке, оказалась пониженной на 10...15%. Снижение на 10% соответствует максимальной амплитуде напряжения 5σ, а снижение на 15% – максимальной амплитуде 7σ. Научная новизна. Аналитически показано, что параметры разупрочнения металлических систем связаны с кинетикой усталостных повреждений, которые накапливаются в металлических конструкциях при внешних нагрузках. Практическая значимость. Автором были предложены соотношения, которые позволяют оценивать остаточный ресурс детали в условиях заданной последовательной многоуровневой циклической нагрузки.
EN: Purpose. Most of the freight traffic in Ukraine is made by railway transport. Government statistics of annual railway freight traffic (January-November) records the following data: 2011 - 468 million tons (108.2% to 2010); 2012 – 421.5 million tons (98.5% to 2011); 2013 – 441.8 million tons (96.6% by 2012). Despite the annual decrease of freight traffic volumes, a significant contribution during the freight traffic belongs to transportation in tanks. That is why the term of their service life extension is very topical today at the operation of tanks. Modern ideas about the accumulation of fatigue damages in the details of railway vehicles are based on models that assess the service life of metallic systems, depending on the load conditions. These models with sufficient accuracy let carry out an assessment of softening of metallic systems in high-cycle fatigue conditions and at the presence of elastic deformation. At the same time, peculiarities of counterbodies′ behavior these models do not take into account. The purpose of this paper is to construct a mathematical model to evaluate the durability of the operating tools, which are used in the purification of solidified organic cargo of tank cars. Methodology. With the use of modern approaches of deformed solid body mechanics the parameters impact of organic substances structure on the service life of heavy structural elements was analyzed. We present the interaction of damages ratio in this article. It relates mainly to those elements of the tool structure, which due to the influence of broadband Gaussian random loadings oscillate with their resonant or near-resonant frequencies. Findings. The influence of the fatigue loads features on the structure durability was studied. Thus, the obtained results suggest the increase of damages that are entered with low-amplitude cycles of strain, because of the nonlinear effect of the interaction between instrument operational elements with organic material. For the given example durability with fatigue which, according to an updated assessment, had been reduced by 10...15% was calculated. A decrease of 10% corresponds to the maximum amplitude of the voltage 5σ , and a decrease of 15% - the maximum amplitude 7σ . Originality. It is analytically shown that parameters of the metallic systems softening are connected with the kinetics of fatigue damages that accumulate in the metal structures under external loads. Practical value. Authors have proposed correlation that allows estimating the residual life of the part in conditions of a given sequence of multilevel cyclic loading.
Description
А. Мілянич : ORCID 0000-0003-3583-792X
Keywords
цикл, довговічність, пошкодження, втома, напруження, цистерни рухомого складу, залізничний транспорт, цикл, долговечность, повреждения, усталость, напряжения, цистерны подвижного состава, железнодорожный транспорт, cycle, durability, damages, fatigue, voltage, tanks of rolling stock, railway transport, КРС (ЛФ)
Citation
Мілянич, А. Р. Пошкодження робочих елементів інструменту, пов'язаних із пластичним деформуванням затверділих органічних речовин / А. Р. Мілянич // Наука та прогрес транспорту. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – 2014. – № 5(53). – С. 48–55. – doi: 10.15802/stp2014/30461.