Надежности конструкции

Для оценки надежности конструкций приведем некоторые сведения, необходимые при решении задачи о выбросах. К ним относятся задачи об определении вероятности выброса значений случайной функции за данный уровень, нахождение среднего времени пребывания случайной функции выше заданного уровня, определение закона распределения времени пребывания случайной функции выше заданного уровня и т.п.

Особое внимание в книге уделено вопросам долговечности и надежности конструкций. Автор стремился всемерно подчеркнуть руководящую роль конструктора в решении этих вопросов.

ного срока эксплуатации [31]. Прогнозирование ресурса - составная часть теории надежности конструкций. Под надежностью понимают способность технического объекта выполнять заданные функции в течение заданного отрезка времени или заданной наработки. В понятие надежности входит ряд свойств объекта: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Одним из центральных понятий теории надежности является отказ - событие, которое заключается в нарушении работоспособного состояния объекта. В теории надежности отказ трактуют как случайное событие, принимая за один из основных показателей надежности вероятность безотказной работы в течение заданного отрезка времени или в пределах заданной наработки.

8. Потапов А. И. Контроль качества и прогнозирование надежности конструкций из композитных материалов. — Л.: Машиностроение, 1980. — 261 с.

22. Розенберг Л.С. Формирование снеговой нагрузки на висячих покрытиях чашеобразной формы// Исследования по строительной механике и надежности конструкций. -М.; ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко,1986.

ного срока эксплуатации [31]. Прогнозирование ресурса - составная часть теории надежности конструкций. Под надежностью понимают способность технического объекта выполнять заданные функции в течение 'заданного отрезка времени или заданной наработки. В понятие надежности входит ряд свойств объекта: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Одним из центральных понятий теории надежности является отказ - событие, которое заключается в нарушении работоспособного состояния объекта, В теории надежности отказ трактуют как случайное событие, принимая за один из основных показателей надежности вероятность безотказной работы в течение заданного отрезка времени или в пределах заданной наработки.

14. Потапов А. И. Контроль качества и прогнозирование надежности конструкций из композиционных материалов. Л.: Машиностроение, 1980. 261 с.

33. Потапов А. И. Контроль качества и прогнозирование надежности конструкций из композиционных материалов. Л.: Машиностроение, 1980. 261 с.

Другим преимуществом ориентированных стеклопластиков перед обычными изотропными конструкционными материалами является эффективное управление анизотропией их механических, тенлофизическмх и других свойств в плоскости армирования. Это дает дополнительные резервы в повышении надежности конструкций, снижении их массы и расширении области применения. Управление анизотропией свойств осуществляется варьированием укладки арматуры [2, 4, 14, 36, 54, 70]. Но относительно низкая жесткость армирующих стекловолокон резко ограничивает реализацию этого преимущества, так как даже незначительное отклонение волокон от заданного направления приводит к существенному снижению жесткости в этом направлении [5, 14, 20]. Кроме того, физико-механические и химические свойства стекловолокон и матрицы часто оказываются несогласованными, , что порождает проблемы создания монолитных изделий из композиционных материалов [31, 68] и приводит к специфическим видам их разрушения (расслоению, размотке, местным разрывам, трещинам, нарушению адгезии и т. п.) 32, 37, 56, 63]. Особенно присущи такие виды разрушения конструкциям, изготовленным намоткой [76].

В главе 8 изложены основные концепции вероятностного расчета и оценки надежности элементов из композиционных материалов. Значительное внимание уделено статистическим характеристикам прочности и нагружения, макро- и микромеханическим статистическим аспектам прочности, приложению теории Вейбулла и нормальных законов распределения, исследованию коэффициентов безопасности и надежности. Обсуждены проблемы надежности конструкций и там, где возможно, установлена связь между надежностью и проектными параметрами.

В восьмом томе приведены примеры использования метода дискретных (конечных) элементов для анализа композиционных материалов, методы расчета прочности и надежности конструкций, основные методики статических и динамических испытаний, а также их преимущества и недостатки. Изложены основы конструирования деталей из композиционных материалов. Приведено много схем и таблиц, иллюстрирующих различные стадии конструирования.

В некоторых случаях конкретные условия работы конструкций допускают снижение отдельных показателей механических свойств сварного соединения. Однако во всех случаях, особенно при сварке ответственных конструкций, швы не должны иметь трещин, непроваров, пор, подрезов. Геометрические размеры и форма швов должны соответствовать требуемым. Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояние. Иногда к сварному соединению предъявляют дополнительные требования (работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках, пониженных температурах и т. д.). Технология должна обеспечивать максимальную производительность и экономичность процесса сварки при требуемой надежности конструкции.

Третья глава посвящена вопросам оптимального распределения надежности конструкции между ее элементами.

Третья глава посвящена вопросам оптимального распределения надежности конструкции между ее элементами.

Технологическая свариваемость — технико-экономический показатель. Она характеризует возможность получения сварного соединения требуемого качества, удовлетворяющего требованиям надежности конструкции при эксплуатации, с применением существующего оборудования при наименьших затратах труда и времени.

Исследование динамического взаимодействия конструкции с жидкостью сводится обычно к исследованию уравнений движения жидкости и деформируемого тела с соответствующими граничными и начальными условиями. Как отмечается в литературе [24]э общем случае решение таюой системы связано, со значительными математическими трудностями и с практической точки зрения вряд ли целесообразно. Поэтому обширные классы задач, в частности, изучение колебаний конструкций, взаимодействующих с жидкостью,часто сводят к исследованию прочности и надежности конструкции, не рассматривая влияние конструкции на характеристики потока и пренебрегая обратной связью - влияние динамики потока на колебания конструкции. Значение последнего могло бы быть полезным в технической диагностике сосудов, трубопроводов, систем технического водоснабжения.

Очевидно, что недостаточная величина коэффициента запаса прочности не обеспечит надежности конструкции, а чрезмерный запас прочности приведет к перерасходу материала и утяжелению кон-

чение надежности конструкции приведено в работах [6, 65, 68].

После отработки сложной конструкцией своего ресурса возникает проблема увеличения срока ее эксплуатации. Продление ресурса необходимо из чисто экономических соображений. Для таких сложных и дорогостоящих систем, какими, например, являются воздушные суда, продление ресурса всего лишь на один год позволяет сэкономить на всем парке машин сотни миллиардов рублей. При этом должно быть обеспечено требование к сохранению надежности конструкции при возможном или вероятном возникновении усталостных трещин в отдельных ее элементах. Трещины должны быть выявлены своевременно неразрушающими методами контроля до достижения предельного состояния, определяемого переходом к быстрому и неуправляемому разрушению.

Лонжерон представляет собой тонкостенную трубу (толщина стенки около 5 мм) с овализован-ным сечением и продольными внутренними ребрами жесткости, которая в полете испытывает скручивание и изгиб, а также осуществляется ее растяжение за счет динамических сил от вращения винта (рис. 12.1). В нем для фиксации возникновения несплошности у основания расположен датчик давления. Лонжерон спроектирован в виде сосуда под избыточным давлением, которое превышает на одну атмосферу давление окружающей среды. Его расчет на прочность и ресурс не подразумевает эксплуатацию по принципу безопасного повреждения. Однако для повышения надежности конструкции с учетом вероятного возникновения трещины, в том числе и из-за коррозии, было исполь-

Устойчивость — это другое условие надежности конструкции, которое в качественном смысле означает, что дополнительная деформация требует дополнительного нагружения [9, 10]. Рост нагрузки неизбежно вызовет расширение пластической области или увеличение скорости течения, или продолжит развитие процесса разрушения. Хотя необходимо всячески добиваться подобного устойчивого поведения материала или элемента конструкции, особенности свойств композитов не позволяют во всех случаях ожидать от этих материалов и конструкций на их основе устойчивого поведения. Поведение системы, состоящей из различных по свойствам компонентов, может быть, а может и не быть устойчивым, когда в ней на уровне компонентов начинаются процессы разрушения. Однако при проектировании и создании искусственного композиционного материала почти всегда есть возможность выбора таких компонентов, которые обеспечат необходимую степень устойчивости механического поведения.

По всей видимости, неразумно проектировать композиционный материал с высокой прочностью на растяжение, обладающий одновременно малой пластичностью. В настоящее время мы еще не в состоянии спроектировать и создать керамический ротор, способный противостоять удару и эрозии. Хрупкие композиционные материалы также обладают чувствительностью к отверстиям, царапинам и трещинам, особенно при действии ударных нагрузок. Условием создания надежной конструкции является обеспечение большей пластичности на мини- и микроуровне по сравнению с той, которую можно достичь в статистически однородной хрупкой керамике (без примесей) или в композиционном материале из хрупких прочных волокон в хрупкой матрице. Это значит, что обеспечение надежности конструкции за счет некоторого снижения ее прочности не только желательно, но и необходимо.