Механических состояний

Снижения передаваемой колебательной энергии можно достигнуть путем «рассогласования» механических сопротивлений сочленяемых деталей, узлов и конструкций.

П. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ ДВИГАТЕЛЕЙ

В общем случае уровни вибрации двигателя на опорах определяются как функции обобщенных усилий и механических сопротивлений в болтовых соединениях. Усилия на лапах двигателя определяются силами давления газов и инерции. Таким образом, виброактивность двигателей определяется возмущающими усилиями, действующими в нем, механическими сопротивлениями его и опорной конструкции, которые зависят от механических сопротивлений их узлов.

Поэтому задача определения вибрации дизелей может- быть сведена к определению возмущающих усилий и переходных и точечных механических сопротивлений.

Для определения механических сопротивлений узлы двигателя подвешивались на резиновых шнурах так, что частоты собственных колебаний узлов на подвесках составляли менее 10 Гц, т. е. были значительно ниже частоты возбуждения.

Основным условием в процессе экспериментального определения механических сопротивлений деталей и узлов двигателя является требование приложения переменной возбуждающей силы в" том же месте и направлении, в каком приложена возмущающая сила в реальных условиях на работающем двигателе.

Исследование механических сопротивлений двигателя в целом, его отдельных деталей и узлов и фундаментной рамы было проведено для дизеля 12ЧН 18/20 [153].

изменение механических сопротивлений элементов машин.

действительная часть коэффициента корреляции между силой Q'J и скоростью ql в рассматриваемой полосе частот Асо. Верхние индексы п и k у коэффициентов корреляции, механических сопротивлений и податливостей обозначают по порядку их следования точки приложения усилия и измерения скорости. Нижние индексы i и / обозначают составляющие усилия и скорости.

Через коэффициенты механических сопротивлений Za и податливо-стей Ма опорных и неопорных связей машины. С учетом урав-

Прежде всего, по величине излучаемой колебательной мощности удается производить сравнение (как источников механических колебаний) машин различных принципов действия, типов, различных весов, габаритов и мест установки. Произвести такое сравнение по уровням вибрации не удается. Дело в том, что развиваемые в машинах силы тратятся на преодоление механических сопротивлений собственных конструкций и присоединенных амортизаторов, фундаментов. При значительных весах и габаритах машины и фундамента даже большие силы могут возбуждать вблизи машины вибрацию, по уровням сравнимую с вибрацией, создаваемой малым и легким механизмом, установленным на податливый фундамент. Целесообразность с точки зрения виброактивности того или иного типа энергетической машины (шатунно-поршневой, роторной и др.) может быть оценена по коэффициенту виброактивности т}в, определяемому как отношение полной излучаемой машиной колебательной мощности Ws к развиваемой на валу механической мощности Ws

резком DO. Заметим, что в условиях однородного напряженного состояния образца и заданного режима изменения напряжения во времени (мягкое на-гружение) каждая составляющая полной деформации может быть найдена опытным путем. В случае стесненных деформаций и статистически неопределимых напряжений (например, при нагреве образца с жесткозаделанными торцами) возможность экспериментального определения отдельных составляющих полной деформации отпадает, и они могут быть установлены только расчетным путем при наличии заранее построенного уравнения механических состояний данного материала.

Для оценки и сравнения деформационных характеристик конструкционных материалов в условиях высокотемпературной ползучести могут быть использованы как кривые а = const, так и кривые о = const. Однако достаточно закономерные и простые уравнения механических состояний могут быть построены лишь на основе кривых ползучести, полученных при а = const.

Простейшей моделью вязкоупругого материала является широко известная модель Кельвина — Фойгта (рис. 2.8). Соответствующее уравнение механических состояний имеет вид:

Следует отметить, что соотношение (2.52) используется иногда как исходное уравнение механических состояний для условий нестационарного нагружения. При этом вязкопластическая деформация определяется интегралом

Постоянные и функциональные параметры уравнений механических состояний металлических (при высоких температурах) и полимерных материалов существенно зависят от температуры, что весьма осложняет расчеты деформаций при нестационарном термомеханическом нагружении. Сравнительно легко эти трудности обходятся лишь в том частном случае, когда от температуры зависят одни лишь временные, но не силовые параметры. В этом случае при некоторых дополнительных условиях может быть установлена температурно-временная аналогия, по которой процесс неизотермического нагружения может сводиться к изотермическому в приведенном времени, зависящем на каждом отрезке действительного времени от отношения фактической температуры к температуре приведения. Метод температурно-временной аналогии описан в [7, 92], причем он относится в равной мере как к уравнениям вязкоупругости, так и к рассмотренным выше уравнениям вязкопластичности. Однако в области физической нелинейности материала от температуры зависят не только временные, но и силовые параметры уравнений состояний. В таких условиях удобен следующий формальный прием преобразования ступенчатого неизотермического режима нагружения к эквивалентному изотермическому режиму [63].

Большое значение имеет формальная аналогия между уравнением повреждений (3.1) и уравнениями механических состояний, служащими для описания различных деформационных процессов (гл. 2). Эта аналогия обнаруживается при замене в (3.1) величины П (т) деформацией в (т), причем поврежденность, как и деформация, должна быть величиной ограниченной, возрастающей с ростом напряжения и сохраняющей постоянство или убывающей с уменьшением напряжения. Имея в виду эту аналогию, рассмотрим различные частные случаи уравнения (3.1). В простейшем случае

Выше указывалось на формальную аналогию между уравнениями повреждений и уравнениями механических состояний, служащими для описания процессов вязкоупругопластического

В случае циклического нагружения вопрос сводится опять-таки к выбору уравнения механических состояний, учитывающего деформационную анизотропию. При наличии такого уравнения могут быть построены петли гистерезиса на всех диаграммах деформирования в координатах s^ — etj. Искомая работа равна сумме площадей этих петель. Приближенный расчет может быть проведен с помощью соотношения (2.36), как показано ниже на примерах. Уравнение (3.54) сохраняет при сложном напряженном состоянии ту же форму, что и при линейном напряженном состоянии с указанными замечаниями относительно первого слагаемого в правой части, которое обобщается отношением оО/Ор. Вели-

где Q — работа одностороннего пластического деформирования в k-w. цикле нагружения; юй — работа циклического деформирования; Юр — предельная работа статического деформирования в эквивалентных температурных условиях нагружения. Уравнения типа (3.75) можно составлять и в других вариантах, например, без учета первого слагаемого, отражающего, как и в (3.65), те повреждения, которые возникают в процессе мгновенного нагружения. Можно рассматривать величину ф (fe) как функцию не только (oh/(0p, но и коэффициента асимметрии цикла, или освободить второе слагаемое от знака суммы, рассматривая вместо Qft всю работу циклической ползучести, совершенную к моменту k-ro цикла, и т. п. В любом случае эффективность построенного уравнения требует экспериментальной проверки при различных напряженных состояниях и режимах нестационарного нагружения. В части выбора уравнения механических состояний для расчета работы пластического деформирования можно повторить все сказанное в п. 3.5.

Некоторые авторы предлагают описывать процессы повреждений совместно с деформационными процессами на основе общей системы уравнений [99, 72]. При этом мера повреждений должна входить в качестве дополнительного параметра в уравнение механических состояний, используемое для описания деформирования, и, кроме того, должно быть установлено кинетическое уравнение повреждений, в которое могут входить параметры деформационного процесса. Из совместного решения этих уравнений определяются как компоненты деформаций, так и мера повреждений. Следует отметить, что этот метод не открывает новых возможностей в части описания самих деформационных процессов как таковых. Если в обычные уравнения механических состояний мера повреждений в явном виде не входит, то влияние повреждений на деформации тем не менее косвенно учитывается при определении экспериментальных параметров уравнения. Поэтому усложнение уравнений для расчета деформаций путем введения в них дополнительного параметра повреждений не имеет практической необходимости.

Наряду с теорией длительного разрушения (накопления повреждений и трещинообразования) существует и другой способ оценки долговечности элемента материала, не имеющий прямого отношения ни к физическому разрушению, ни к потере устойчивости равномерного вязкопластического деформирования с локализацией деформаций в виде шейки или вздутости (см. п. 1.3). Долговечность при ползучести, протекающей при постоянном условном напряжении, рассматривается как время, за пределами которого этот деформационный процесс, описываемый определенным уравнением механических состояний, теоретически не может продолжаться. Критический момент можно определить различными способами, в зависимости от применяемого типа уравнения механических состояний. Традиционный и простейший подход состоит в следующем (ср. [71, 991). Допустим, что процесс ползучести при линейном напряженном состоянии в условиях постоянства растягивающей силы (или иначе — постоянства условного напряжения) описывается уравнением (2.52). Истинное напряжение изменяется при этом по закону