Применения вероятностных

Появление высокопрочных сталей ставит с особой остротой вопросы жесткости1. Модуль упругости сталей имеет устойчивую величину и мало зависит от термообработки и содержания (в обычных количествах) легирующих элементов. Так как упругие деформации пропорциональны отношению напряжений к модулю упругости, то с повышением величины напряжений (а в этом и состоит смысл применения высокопрочных материалов) величина деформаций возрастает пропорционально напряжениям; жесткость падает обратно пропорционально.

В машинах, линейные размеры которых зависят только от прочности материалов (например, редукторы), применение высокопрочных материалов позволяет наряду с уменьшением сечений уменьшить длину деталей и габариты конструкции в целом. В данном случае жесткость конструкции не снижается от применения высокопрочных материалов.

Материалы для пружин должны иметь высокие и стабильные во времени упругие свойства. Делать пружины из материалов низкой прочности нецелесообразно. Масса геометрически подобных пружин при заданной нагрузке и упругом перемещении обратно пропорциональна квадрату допускаемого напряжения. Это связано с тем. что пружины из менее прочных материалов в целях сохранения заданной жесткости приходится делать повышенных диаметров и, следовательно, витки их нагружены большими моментами, чем у пружин из более прочных материалов. Эффективность применения высокопрочных материалов для пружин связана также с меньшей концентрацией напряжений в пружинах, чем в других деталях, и с меньшими размерами сечений ниткой. Соотношение размеров витых пружин из разных материалов показано на рис. 20.2.

Для эффективного применения высокопрочных сталей расчетные гибкости элементов целесообразно иметь в пределах 40-60. Прогиб ферм определяется как для стержневой системы в соответствии с указаниями СНиП. Для предварительных расчетов прогиб стержневой системы может быть с приемлемой для этой стадии точностью определен как для сплошной балки с моментом инерции 0,75 - 0,80 момента инерции поясов фермы относительно оси, проходящей через центр тяжести обоих поясов.

Препятствием их более широкому проникновению в практику строительства явились два обстоятельства: необходимость восприятия больших распорных усилий и то, что основное достоинство висячих покрытий - их легкость и возможность применения высокопрочных материалов - одновременно определяет и главный недостаток, присущий этим конструкциям - повышенную деформативностъ, особенно под воздействием неравномерных нагрузок.

Изложены основы получения конденсированных в вакууме композиционных фолы (пленок) материалов в виде металлов и сплавов с высокими механическими свойствами. Рассмотрены структура, механические свойства, особенности деформации и разрушения металлических фольг. Описана методика исследования комплекса механических свойств объектов толщиной 1—100 мкм. Показана возможность применения высокопрочных пленочных материалов в качестве защитных покрытий для повышения износостойкости и усталостной прочности металлических изделий.

Для большинства отраслей техники наиболее частыми разрушениями в эксплуатации являются усталостные (до 80% всех случаев разрушений); в последнее время в связи с расширением применения высокопрочных материалов участились случаи замедленных и хрупких разрушений. Следует отметить резкое уменьшение числа разрушений деталей горячей части авиадвигателей от длительного действия статических нагрузок при высоких температурах, чему способствовало то, что в последние годы обращается особое внимание на состояние поверхностного слоя деталей, сильно влияющего на жаропрочность [42].

Наиболее известной областью применения высокопрочных алюминиевых сплавов является авиационная промышленность. Они служат основным конструкционным материалом для ракет, космических аппаратов и самолетов. В табл. 1 приведен химический состав наиболее распространенных высокопрочных сплавов

Хотя КР высокопрочных алюминиевых сплавов исследуется более чем 50 лет и в последние годы наблюдается большой прогресс в этой области, следует отметить, что процесс КР — явление очень сложное и до конца не изученное. Здесь уместна короткая историческая справка, касающаяся первых этапов применения высокопрочных алюминиевых сплавов. В 1906 г. были от-

Это была первая попытка применения в качестве конструкционного материала в авиации высокопрочного сплава системы А1—Zn—Mg. Отметим три наиболее важных фактора, связанные с этим ранним случаем разрушения, поскольку они ответственны за большую часть разрушений от КР высокопрочных алюминиевых сплавов и в настоящее время. Очевидность этого подтверждается опытом, накопленным Воздушными силами США. Этими факторами являются: •освоение новых сплавов с более высокими пределом прочности и пределом текучести, остаточные и рабочие напряжения в сплаве и выдержка во влажном воздухе. От первых дней применения высокопрочных алюминиевых сплавов в конструкции «Цеппелина» до полета «Аполлона» на Луну основные случаи их

К существенному недостатку наклепа мартенситной структуры относится возникновение весьма значительных остаточных напряжений, способных даже вызывать в отдельных случаях самопроизвольное разрушение. Методы комбинированного упрочнения были крупнейшим завоеванием в области изыскания путей повышения прочности стали и вообще металлических сплавов послевоенных лет, их теоретическая сущность и широкая эффективность в самых различных областях применения высокопрочных металлических сплавов заслуживают специального рассмотрения.

Как известно, коротким волнам при их приеме свойственно явление замирания. Изучением этого явления занимались А. Н. Щукин, В. А. Котельников и Н. Н. Шуйская, В. И. Сифоров (1930 г.), а затем В. А. Котельников и А. Н. Щукин развили стройную теорию замирания на основе применения вероятностных методов. Измерения числа приходящих к месту приема лучей коротких волн и их углов наклона, что было важно для рационального проектирования коротковолновых антенн, проводились Л. Грузинским и П. Покровским (1936 г.), а позже Н. Н. Шуйской и др.

Методы анализа и оценки находятся в процессе постоянного совершенствования. Использование ЭВМ и математического моделирования в огромной степени увеличило возможности применения вероятностных методов. Но, например, при определении потенциала энергии приливов решающим фактором является амплитуда приливов, а не длина береговой линии. Также и объем осадочных пород в разведываемом бассейне является малозначащим фактором без некоторых дополнительных характеристик, которые весьма затруднительно получить без детальной разведки. Поэтому исходная информация для каждого исследования должна быть правильно отобранной и надежной, в противном случае она должна вполне сознательно трактоваться как ненадежная. В этой книге была предпринята попытка указывать степень ненадежности многих, казалось бы, точных исходных цифр. Но в конечном итоге приходилось все же пользоваться тем, что есть в наличии, пытаясь делать наиболее точные выводы из имеющихся данных.

В целях расширения сферы применения вероятностных методов проведена большая работа по их унификации, которая заканчивается разработкой стандартов и методических указаний, регламентирующих расчеты и

Обобщение опыта применения вероятностных методов расчета показало их эффективность и перспективность. Применение вероятностных методов на основе использования экспериментальных и расчетных данных о нагрузках и прочности деталей машин позволяет выявить оптимальные конструктивно-технологические решения, способствующие повышению надежности и долговечности деталей машин с одновременным снижением их металлоемкости.

Правила построения и применения вероятностных сеток регламентирует

20. ГОСТ 11.008-84. Прикладная статистика. Правила построения и применения вероятностных сеток. -М.: Изд-во стандартов, 1985.-35 с.

Целесообразность применения вероятностных методов. При измерениях вибраций лишь в простейших случаях возможны прямые измерения нескольких параметров процесса, например амплитуды, частоты, фазы гармонического колебания. В большинстве случаев приходится прибегать к разложению сложного процесса на простые компоненты или характеризовать процесс функцией, представляющей свойства процесса в обобщенной форме, т. е. выполнять анализ процесса.

На наш взгляд, основные причины недостаточно широкого практического применения вероятностных методов оценки прочности заключаются в отсутствии четкого понимания целей, воз-

Рассматриваемые ниже методы и результаты отражают полученный опыт разработки и практического применения вероятностных методов оценки прочности и ресурса к сосудам и трубопроводам давления АЭС [9, 10, 62, 63, 65, 66].

На наш взгляд, основные причины не достаточно широкого практического применения вероятностных методов прочности следущие:

Излагаемые ниже методы и результаты отражают опыт разработки и практического применения вероятностных методов оценки прочности и ресурса, полученного автором применитель-