Аносов А.П. Оценка ресурса судовых конструкций в условиях циклического нагружения

Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук. Специальность 05.08.03 - проектирование и конструкции судов. Владивосток, 2001. — 56 с. Работа выполнена в Дальневосточном государственном техническом университете им. В.В. Куйбышева.
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Горбачев К.П.
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Тарануха Н.А.
доктор технических наук, профессор Матохин Г.В.
доктор технических наук, профессор Друзь Б.И.
Цель работы - теоретическое и экспериментальное обоснование и формулирование используемых при расчетном проектировании судовых конструкций критериев усталостной прочности и разработка методики оценки ресурса судовых конструкций при сложных видах напряженного состояния на основе термодинамической концепции усталости.
Научная новизна работы:
1. По результатом натурных экспериментов, обследования повреждений судов и по литературным данным показано, что значительная часть усталостных повреждений судовых конструкций относится к области многоцикловой усталости в условиях сложного напряженного состояния.
2. Обоснованы методики и разработано оборудование для проведения циклических испытаний в условиях плоского напряженного состояния с измерением силовых, деформационных, теплофизических и магнитных параметров процесса. Восемь
технических решений признаны изобретениями.
3. Исследованы закономерности и параметры упругопластнческого деформирования судостроительных сталей при плоском напряженном состоянии в области многоцикловой усталости. Разработана их графическая интерпретация в виде векторных диаграмм.
4. Экспериментально исследована кинетика процесса накопления усталостных повреждений в судостроительных сталях, в условиях циклически изменяющегося плоского напряженного состояния на основе измерения работы пластических деформаций, их теплового эффекта и изменения магнитных характеристик. В условиях плоского напряженного состояния подтверждено основное положение структурно-энергетической теории усталости о том, что моменту разрушения соответствует критическая плотность внутренней энергии. Величина этой энергии не зависит от способа ее передачи и равна теплосодержанию материала в твердом состоянии при температуре плавления.
5. Разработана методика расчета поврежденности и ресурса судостроительных сталей в условиях монотонного и блочного нагруження. Подтверждена применимость в условиях многоцикловой усталости линейной гипотезы суммирования повреждений при случайном чередовании блоков нагружения с различными уровнями напряжений. Описана предельная поверхность амплитуд главных напряжений и получены критерии циклической прочности для плоского напряженного состояния и изгиба.
6. Проведено теоретическое исследование закономерностей упругопластического деформирования судостроительных сталей в условиях многоцикловой усталости. Обоснован выбор модели вязкоупругого тела и определение ее параметров на основе экспериментальных данных. Исследован процесс упругопластического циклического деформирования в нелинейной постановке. Введено описание в комплексном виде упругих констант материала и обобщенного закона Гука.
7. Получены зависимости для определения суммарных необратимых затрат энергии при циклическом деформировании в общем случае сложного напряженного состояния. Получена численная реализация функции суммарной необратимо затраченной за цикл деформирования энергии при трехосном напряженном состоянии и ег графическая интерпретация в виде диаграммы предельных относительных амплитуд. Выполнен анализ полученной численно предельной поверхности амплитуд главных напряжений при трехосном циклическом нагружении и ееаппроксимация.
8. Получены критерии усталостной прочности судостроительных сталей в общем случае сложного, циклически изменяющегося по симметричному циклу напряженного состояния и при двухосном изгибе. Разработана методика оценки усталостной поврежденности и ресурса при этих видах нагружения. Показаны их место, роль и использование при расчетном проектировании судовых конструкций.