Исследования особенностей

Все большее применение при проектировании н аходят композиционные материалы большой толщины, для которых не выполняется предположение о плоском напряженном состоянии. При введении общего, шестимерного пространства напряжений требуются более сложные методы исследования, основанные на уточненных теориях пластин и оболочек, учитывающих трансверсалъ-ные касательные и нормальные напряжения, теории упругости, методе конечных элементов (см. табл. 1, п. 1). Соответственно необходим и более общий критерий разрушения.

охватывает как исследования, основанные на макроскопической идеализации, так и исследования, в которых рассматриваются микромеханические аспекты. Соответственно уровню рассмотрения эти исследования делятся на следующие категории (рис. 1):

Под термином «моделирование» понимаются методы экспериментального исследования, основанные на замещении конкретного исследуемого объекта другим, ему подобным, называемым моделью. Моделирование применяется в тех случаях, когда целью исследований является изучение вполне конкретных закономерностей физического, химического, механического или какого-либо другого явления, развивающегося в системе с определенными геометрическими, физическими, химическими, механическими свойствами при конкретных режимных условиях. В простейшем случае модель воспроизводит изучаемое явление и сохраняет его физическую природу и геометрическое подобие, в более сложном — геометрическое подобие не обязательно, но модель построена таким образом, что позволяет решить поставленную задачу. Примером могут служить электрические модели механических систем, где отсутствуют какие-либо видимые геометрические сходства, а моделирование осуществляется за счет тождественности уравнений, описывающих одинаковым образом явления, имеющие разную физическую природу.

11.2.2. Алгоритмы распознавания технических состояний на основе идентификации параметров движения. Диагностические методы исследования, основанные на осциллографировании и визуальном анализе параметров движения, разработаны в [48]. Рассмотрим здесь формализованные алгоритмы распознавания технических состояний, основанные на идентификации параметров движения, позволяющие автоматизировать процесс диагностирования.

В 1940 г. М. П. Вукаловичем и И. И. Новиковым были опубликованы теоретические исследования, основанные на современном понимании физической природы термодинамических изменений при изменении состояния водяного пара [7], [8].

Необходимо отметить, что за последние четверть века исследования струйного турбулентного течения несжимаемых и сжимаемых сред приобрели громадное значение. С одной стороны, развиваются теоретические исследования, основанные на теории турбулентного состояния, начиная с полуэмпирических теорий (Прандтль и др.) и до современной статистической теории турбулентности (А. Н. Колмогоров). С другой стороны, проводятся обширные экспериментальные исследования, дающие возможность обнаружить важные для понимания и расчета струйного течения закономерности. Дальнейшее развитие этой отрасли аэродинамики, естественно, пойдет по пути синтеза этих двух направлений. Итоги работ в этом направлении были подведены состоявшимся в 1956 г. совещанием по прикладной газовой динамике [30], а также в ряде статей, опубликованных в сборнике «Исследование физических основ рабочего процесса топок и печей» [31].

В противовес эмпирическому направлению в исследовании процессов в литейном производстве развивается направление, отражающее совершенно иные представления о системе научного исследования, основанные на понимании процессов литейного 'производства, как комплексов физических явлений в их взаимодействии. Это направление развивается трудами научных коллективов, руководимых П. Н. Аксеновым, Г. Ф. Баландиным, А. А. Бочваром, А. И. Вейником, Н. Г. Гиршовичем и Ю. А. Не-хендзи, Б. Б. Гуляевым, А. А. Горшковым, Д. П. Ивановым, О. Ю. Коцюбинским, И. Б. Куманиным, А. М. Ляссом, М. В. Мальцевым, Б. С. Миль-маном, А. А. Рыжиковым, А. Г. Спасским и другими учеными.

Для сравнения износостойкости различных материалов, применяемых для изготовления поршневых колец, приведены исследования, основанные на определении изменений веса трущихся деталей, работающих в условиях, близких к условиям работы поршневых колец. Бруски размером 25,4 X 9,5 X 7,5 мм, изготовленные из материалов, перечисленных в табл. II. 1, прижимались силой 2,27 кГ к чугунному валку диаметром 88,9 мм, вращающемуся с окружной скоростью 8,1 м/сек. Потери веса брусков, измеренные после одного часа работы являлись характеристикой износостойкости этих материалов (табл. XVII. 1).

Для классификации формы, величины и количества неметаллических включений существуют специальные шкалы. Количественные исследования, основанные на сравнении образцов с помощью электронных приборов, проводятся па металлур-

Как известно, на прокаливаемость стали оказывает влияние значительное количество факторов: химический состав, химическая однородность аустенита, исходная структура, величина зерна аустенита, характер распределения карбидной фазы как по объему твердого раствора, так и по размерам частиц и т. д. Следовательно, прокаливаемость стали по своей природе является статистической характеристикой. Поэтому для надежного установления влияния какого-либо фактора на прокаливаемость стали нужны исследования, основанные на испытании достаточно представительного числа плавок.

Физическая и аналитическая модели. Жидкостное испарительное охлаждение пористого тепловыделяющего элемента обеспечивает благоприятные условия для исследования особенностей испарения движущейся жидкости в пористых материалах. Это вызвано тем, что плавное изменение объемного тепловыделения в них позволяет легко контролировать

Использование паяных образцов-моделей для исследования особенностей напряженно-деформированного состояния механически неоднородных сварных соединений оболочковых конструкций имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с испытаниями реальных сварных соединений. Это связано, в первую очередь, с тем, что паяные образцы позволяют более четко выявить характерные параметры неоднородных сварных соединений (геометрическую форму мягких прослоек, механическую неоднородность) и при варьировании этих величин проследить за изменением напряженно-деформированного состояния мягких прослоек. При этом устраняется влияние многих сопутствующих случайных факторов, имеющих место в реальных соединениях, затеняющих закономерности изменения напряженно-деформированного состояния в процессе в процессе варьирования конструктивно-геометрических параметров соединений.

Использование паяных образцов-моделей для исследования особенностей напряженно-деформированного состояния механически неоднородных сварных соединений оболочковых конструкций имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с испытаниями реальных сварных соединений. Это связано, в первую очередь, с тем, что паяные образцы позволяют более четко выявить характерные параметры неоднородных сварных соединений (геометрическую форму мягких прослоек, механическою неоднородность) и при варьировании этих величин проследить за изменением напряженно-деформированного состояния мягких прослоек. При этом устраняется влияние многих сопутствующих случайных факторов, имеющих место в реальных соединениях, затеняющих закономерности изменения напряженно-деформированного состояния в процессе в процессе варьирования конструктивно-геометрических параметров соединений.

Дальнейшие исследования особенностей влияния шлифовки на усталостную прочность титановых сплавов показали [172], что существенное значение имеет материал и зернистость абразива, режимы и шлифовальное оборудование. Определено, что по производительности и по меньшему снижению усталостной прочности лучшими являются круги из зеленого карбида кремния, борсиликокарбида и карбида бора, худшими—хромистый электрокорунд и монокорунд. Так, после шлифования образцов из сплава ВТЗ-1 кругами из зеленого карбида кремния усталостная прочность оказывается в 2 раза выше, чем после шлифования кругами из монокорунда. В некоторых странах (США, Япония) для шлифования деталей из титана применяют новые виды абразивных материалов — карбид циркония, корунд с присадками диоксида циркония и др. Важнейшими параметрами режима шлифования, оказывающими наибольшее влияние на усталость, являются смазочно-охлаждающая жидкость, величина подачи и скорость круга. Так, сухое шлифование приводит к микротрещинам в поверхностном слое даже при отсутствии при-жогов [ 172]. Охлаждение простой эмульсией уже повышает предел выносливости на 17 %, а применение в качестве охлаждения 10 %-ного раствора нитрата натрия и 0,5 %-ного бутилнафталинсульфоната увеличивает усталостную прочность по сравнению с сухим шлифованием на 33 %, Увеличение величины подачи заметно снижает усталостную прочность. Так, даже при охлаждении раствором нитрита натрия с увеличением

между собой долей пластинчатой структуры. В ступице структура была глобулярной, а в ободе преимущественно глобулярной, но с некоторой до- лей (10-15 %) пластинчатой структуры. Это обстоятельство оказалось непринципиальным для исследования особенностей кинетики усталостного разрушения дисков, как показали результаты последующего анализа поверхностей разрушения.

В Лаборатории высокотемпературной металлографии Института машиноведения разработана методика применения телевизионных анализаторов изображения типа «Quantimet» и «РМС» для исследования особенностей пластической деформации и разрушения биметаллических материалов. Использование этой методики позволило с большой точностью производить подсчет числа полос скольжения, возникающих на поверхности образцов при их нагру-жепии, измерять длину возникшей усталостной трещины и площадь пластической деформации, развивающейся в ее вершине, а также исследовать процессы диффузии элементов через границу раздела слоев биметалла и производить измерение отпечатков ин-дентора при исследовании микротвердости [1]. Все указанные измерения проводились на образцах после их извлечения из рабочих камер испытательных установок.

Фрактографические исследования особенностей статического, квазистатического и усталостного микроразрушения металлов проводились на растровом электронном микроскопе «Стереоскан S4—10» и но репликам на трансмиссионном электронном микроскопе УЭМВ-100В. Соответствующие электронные фрактогралшы для конструкционной стали 15Г2АФДпс приведены на рис. 3.

Для исследования особенностей режима ИП в парах трения с твердосплавным материалом РМ были проведены длительные стендовые испытания торцовых уплотнений погружного электродвигателя типа ПЭД. В качестве смазки использовали глицерин и для сравнения масло МС-20 и трансформаторное масло, обладающие различной вязкостью. Внутренняя камера уплотнения заполнялась смазкой, а снаружи пара трения омывалась водой. Смазка и вода находились под атмосферным давлением (см. табл. 14).

Прежде чем ответить на эти вопросы, которые мы рассмотрим ниже, заметим, что раньше приходилось говорить о маслянистости, как о совокупности каких-то свойств смазочного масла, неизвестно откуда проистекающих; открытие же граничных слоев позволяет говорить о маслянистости, как о проявлении или результате свойств граничной пленки—материального носителя этих свойств. В то же время обнаружение резких границ раздела между объемом жидкости и граничными пленками привело к потере последними той расплывчатости, которой их всегда наделяли прежние исследователи, не применявшие достаточно тонких методов обнаружения и исследования особенностей этих пленок.

Разработке более эффективных способов сварки труб с многослойной стенкой предшествовали детальные исследования особенностей и механизма образования дефектов в швах у межслойных зазоров. Исследования в этом направлении представляют собой самостоятельную тему и их результаты будут более подробно рассмотрены в наших дальнейших работах. С целью изучения опасности образования в швах трещин-надрывов сваривали специальные образцы различной жесткости из многослойной стали, в том числе, с более высоким уровнем легирования по сравнению с рекомендованной для труб сталью 09Г2СФ, или с дополнительным введением в металл шва углерода. Детально исследованы также более 800 макрошлифов и ударных образцов сварных соединений многослойных труб, изготовленных на опытном участке

швы — в защитном газе. Необходимое число проходов зависит от •суммарной толщины стенки трубы, причем при толщине стенки до 17 мм кольцевые швы могут выполняться без промежуточного или с одним промежуточным слоем, до 24 мм — с одним или двумя промежуточными слоями и более 24 мм — с двумя или тремя промежуточными слоями. С учетом результатов исследования особенностей образования пор у межслойных зазоров при сварке многослойных труб во всех случаях выбираются режимы с минимально необходимой погонной энергией. Для повышения качества соединений скорость сварки ограничена и составляет 30—35 м/ч. Питание дуг при сварке кольцевых швов, как и в случае выполнения продольных нахлесточ-ных и стыковых соединений, осуществляется от источников постоянного тока.