Моделирование испытаний образцов на выносливость при изгибе с вращением

 

В.Н.Сызранцев, В.И.Колесов, М.Д.Гаммер.

 Тюменский государственный нефтегазовый университет, г.Тюмень, Россия.

 

Известно, что преобладающая часть поломок машин и механизмов нефтегазового оборудования связана с усталостью металлов. Предотвращение усталостного разрушения деталей машин и оборудования, вследствие необходимости снижения металлоемкости машин, увеличения их ресурса, использования новых материалов и технологий, становится все более актуальным. Характеристики сопротивления усталости, в первую очередь предел выносливости, существенно зависят от технологии изготовления образцов и деталей машин, конструкции и условий их эксплуатации. Для выполнения расчетов на надежность изделий, предел выносливости, являющийся величиной случайной, должен быть определен с учетом разброса его значений в соответствии с принятым законом распределения.  В процессе изучения дисциплины "Эксплуатация и ремонт машин и оборудования" студенты специальности "Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов" должны изучить характеристики сопротивления усталостному разрушению металлов, оценить влияние на них конструктивных и технологических факторов, уметь проводить соответствующие усталостные испытания и обрабатывать получаемые при этом статистические данные.

Проведение усталостных испытаний -  длительный и трудоемкий процесс, особенно это, касается исследований по влиянию на предел выносливости анализируемых факторов. Достаточно отметить, что на построение кривой усталости при ряде величин вероятности неразрушения может уходить до трех лет испытаний образцов. Поэтому в Вузах практически лабораторный практикум по испытанию на выносливость образцов, даже при наличии необходимого оборудования, не проводится.

Ситуация принципиально может быть изменена в случае использования в процессе изучения как вышеотмеченной дисциплины, так и дисциплин общетехнических (сопротивление материалов, деталей машин) имитатора работы машин усталостных испытаний с соответствующим программным обеспечением по моделированию усталостного разрушения образцов. Такой имитатор в Тюменском государственном нефтегазовом университете создан в результате совместной работы специалистов кафедры "Машины и оборудование нефтяной и газовой промышленности" и Центра дистанционного образования.

Имитатор моделирует испытания в условиях изгиба при вращении цилиндрических образцов с тороидальной рабочей частью. После задания геометрии образца, шероховатости его рабочей части и прочностных характеристик  материала, образец устанавливается на МУИ-6000 (рис.1).  Путем "подвешивания" соответствующих грузов задается величина амплитуды напряжений в рабочей части образца. После включения двигателя осуществляется испытание образца на выносливость до разрушения. 

 Математическое обеспечение предусматривает решение различных задач исследования усталости. При моделировании учитывается случайная природа усталостного разрушения образцов.

Фотореалистичная графика создана с помощью программы Discreet 3D Studio Max. Программный код написан на Microsoft Visual Basic. Виртуальные приборы реализованы при помощи компонентов Measurement Studio фирмы National Instruments.

 

 

 

 

 


Рис.1. - Машина усталостных испытаний