Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реализация элементов методики расчетной оценки долговечности подшипников скольжения по системе критериев повреждения поверхностей трения

Составными частями общего алгоритма моделирования процесса повреждения опор скольжения являются базы данных (или библиотеки) [1; 2], содержащие информацию об алгоритмах расчёта или выбора из таких библиотек разных параметров, которые могут быть использованы в процессе расчетного моделирования. Первые варианты некоторых библиотек были разработаны автором.

скольжение напряжение подшипник

Рис. 1. Пример модели антифрикционного слоя подшипника, дискретизированного на участки

Библиотека алгоритмов дискретизации на участки используется на начальном этапе общего алгоритма для формирования набора участков, для которых будет моделироваться процесс накопления усталостных повреждений, зарождения и роста коротких трещин. Исходными данными для всех алгоритмов дискретизации являются информация о геометрии опоры скольжения, данные о напряжениях (например, полученные методом конечных элементов (МКЭ)), свойства материала. Полученная разбивка на участки может быть выведена на экран в виде проволочной модели (рис. 1).

Для общего алгоритма необходимо выполнить дискретизацию таким образом, чтобы удовлетворялись следующие требования: напряжения на участке можно считать постоянными с заданной точностью; размер участка таков, что в пределах участка может разместиться число структурных элементов материала, которое не превосходит заданное; в пределах одного участка может появиться не более одного зародыша макротрещины. Эти требования могут противоречить друг другу, что приводит к необходимости иметь набор алгоритмов дискретизации, в которых перечисленные требования имеют разный приоритет, и для расчёта конкретного объекта выбирать наиболее подходящий алгоритм. В настоящий момент для выбора правильного варианта дискретизации необходимо участие человека. Пример диалогового окна для задания параметров дискретизации приведен на рис. 2.

Каждый алгоритм привязан, кроме того, к формату исходных данных о геометрии и напряжениях в опоре скольжения. Первый вариант используемых исходных данных - результаты расчёта МКЭ, который уже содержит разбивку объекта на участки (конечные элементы). Разбивка может быть использована алгоритмом дискретизации в качестве первого приближения. Второй вариант применяется, если параметры воздействия определялись без применения МКЭ или же первый вариант дискретизации нерационален.

Библиотека алгоритмов задания начального уровня повреждения участка используется на втором этапе общего алгоритма. Основными исходными данными для алгоритмов библиотеки являются свойства материала и информация о геометрии участка. Так, один из используемых алгоритмов предполагает, что величина начального повреждения участка зависит от глубины расположения центра участка относительно поверхности антифрикционного слоя опоры скольжения. Результат работы алгоритма может быть выведен на экран в виде объёмной модели с возможностью масштабирования и панорамирования. Величина повреждений может быть показана либо в спектре фотоупругости, либо в нормальном спектре.

Самым простым является алгоритм, задающий равномерное распределение повреждений по всему объёму опоры скольжения: каждому участку приписывается одно и то же значение уровня начального повреждения.

В большинстве случаев значения начальной повреждённости приповерхностного слоя и глубинных слоёв материала значительно различаются. Подобная неравномерность апроксимируется простейшими функциями: к усочно-линейной, экспонентой и т.п. На рис. 3 показано диалоговое окно с заданными уровнями начальных повреждений на поверхности и двух удаленных от поверхности уровнях.

Рис. 2. Параметры алгоритма дискретизации

Рис. 3. Параметры алгоритма, задающего уровень начального повреждения в зависимости от глубины участка с помощью кусочно-линейной функции

Кроме этого, имеются алгоритмы, позволяющие задать неравномерность распределения уровня начального повреждения по площади поверхности контакта. Подобные алгоритмы позволяют учесть особенности технологического процесса изготовления подшипника. Предусмотрена возможность задания поля начальных повреждений (индивидуального для каждого конкретного подшипника) с применением методов статистических испытаний. Для каждого расчёта формируется индивидуальный набор параметров алгоритма задания начального повреждения. В результате работы алгоритма получается индивидуальное распределение начального повреждения по участкам модели. На рис. 4 приведен пример сформированного поля начальных повреждений.

Библиотека моделей накопления усталостных повреждений. В общей модели [1-3] учитывается, что скорость накопления усталостных повреждений зависит как от свойств материала, так и от глубины расположения участка относительно поверхности антифрикционного слоя опоры скольжения. В общем случае зависимость скорости накопления повреждений от глубины расположения слоя материала можно описать плавной линией (рис. 5).

Рис. 4. Уровни усталостного повреждения

Скорость на поверхности обозначается П^'_s. На глубине h_sv скорость накопления повреждений стабилизируется и во всём объёме материала равна П^'_v. Величина h_sv составляет обычно 5…10 размеров зёрен материала.

Для баббитов можно применять модель, использующую кусочно-линейную функцию, параметры K_sv=П^'_s/П^'_v и h_sv которой определены экспериментально по результатам усталостных испытаний. Для баббита Б83 были получены следующие значения параметров [3]: K_sv=1,78 и h_sv=0,5 мм. В настоящий момент для вычислений используется именно эта модель (рис. 6).

Рис. 5. Зависимость скорости накопления усталостных повреждений от расстояния от поверхности материала

Библиотека алгоритмов расчёта КИН. Данная библиотека используется при моделировании процесса зарождения и развития трещин. Исходными данными для алгоритма расчёта КИН служит информация о геометрии участка, уровне напряжений на участке и свойствах материала. Большое внимание при разработке библиотеки было уделено возможности использования моделей расчёта КИН существенно отличающихся как параметрами моделей, так и алгоритмами их применения в общей процедуре моделирования процесса повреждения опоры скольжения.

Для алгоритмов расчёта КИН применяются следующие классификаторы:

Свойства материала: изотропный, анизотропный, из нескольких слоёв, композитный волоконный, композитный дисперсный, композитный сплошной. При необходимости данный классификатор может быть дополнен пользователем.

Размерность объекта. Описание формы тела с трещиной, положения трещины (например, краевая трещина в ограниченном теле). Данный классификатор может быть дополнен пользователем при добавлении в библиотеку новых алгоритмов расчёта КИН.

Вид напряжённо-деформированного состояния: одномерное или объёмное.

Форма трещины: эллиптическая, произвольная. Пополняемый пользователем классификатор.

Распределение номинальных напряжений.

Все эти классификаторы могут быть использованы для поиска требуемых алгоритмов расчёта КИН. Пример диалогового окна с заданными параметрами приведен на рис. 7.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6. Пример задания параметров модели накопления повреждений

Рис. 7. Окно поиска алгоритмов расчёта КИН по заданным значениям классификатора

Кроме значений классификаторов каждая запись библиотеки содержит графическую информацию: вид тела с трещиной, форма и расположение трещины; графический вид формулы для расчёта КИН (рис. 8). Процедура расчёта также хранится в базе данных в виде большого бинарного объекта.

Рис. 8. Пример окна программы ведения библиотеки алгоритмов расчёта КИН

Библиотека может использоваться автономно. В этом случае параметры для расчёта КИН могут быть заданы пользователем вручную. Можно задать диапазон и шаг изменения параметров, в этом случае будет рассчитано множество значений КИН по выбранному алгоритму с указанным множеством значений параметров. Результаты вычислений могут быть получены в табличном виде (например, в стандартном текстовом файле с разделителями для дальнейшего использования).

Для использования библиотеки в рамках общего алгоритма необходимо выполнить привязку параметров алгоритма расчёта КИН к параметрам модели расчёта повреждения (текущий уровень повреждения участка, уровень напряжений на участке, свойства материала на участке и т.д.). Привязка выполняется в вызывающей процедуре для каждого применяемого алгоритма расчёта КИН отдельно. При этом одним параметрам алгоритма расчёта КИН может быть найдено однозначное соответствие среди параметров текущих участков, другие могут вычисляться на основе нескольких параметров участка, а некоторые могут иметь постоянное значение.

Некоторые другие требуемые для общего алгоритма [1-3] библиотеки разрабатываются. Параллельно уже выполняются расчеты долговечности конкретных вариантов подшипников с баббитовым слоем.

Список литературы

1. Зернин, М.В. Дискретное моделирование повреждений подшипников скольжения с учетом комплекса воздействий и критериев отказа. Сообщение 1. Общая схема расчета долговечности/ М.В. Зернин // Трение и износ. - 1996. - Т. 17. - №6. - С. 747-755.

2. Морозов, Е.М. Контактные задачи механики разрушения/Е.М. Морозов, М.В. Зернин. М.: Машиностроение, 1999. - 540 с.

3. Зернин, М.В. Конечноэлементное описание процессов усталости с учетом особых свойств поверхности материала/М.В. Зернин // Заводская лаборатория. - 1995. - №2. - С. 43-51.

Размещено на Allbest.ru