Вибрирующей поверхности

Установлено, что усиление шва не снижает статической прочности, однако сильно влияет на вибрационную прочность. Чем больше усиление шва и, следовательно, меньше угол перехода от основного металла к наплавленному, тем сильнее оно снижает предел выносливости. Таким образом, наличие чрезмерного усиления шва может привести к нулю все преимущества, полученные от оптимизации технологического процесса по улучшению качества сварных соединений, работающих при вибрационных, динамических и повторно-статических нагрузках.

Имеется большое число объектов, для которых целесообразным является испытание на вибрационную прочность. Типичными примерами для этого служат детали или узлы самолетов и других летательных аппаратов, транспортных средств на дорожттом и рельсовом ходу, средств водного транспорта, различных двигателей и машин; кроме того, цепи, соединительные части, котлы, резервуары, трубопроводы, а также стальные конструкции, в особенное™ мосты.

Рис. 60. Испытания на вибрационную прочность автомобиля

Установлено, что усиление шва не снижает статической прочности, однако сильно влияет на вибрационную прочность. Чем больше усиление шва и, следовательно, меньше угол перехода от основного металла к наплавленному, тем сильнее оно снижает предел выносливости. Таким образом, наличие чрезмерного усиления шва может привести к нулю все преимущества, полученные от оптимизации технологического процесса по улучшению качества сварных соединений, работающих при вибрационных, динамических и повторно-статических нагрузках.

Все сказанное относилось к испытанию гладкого полированного образца. Поведение изделий, изготовленных из тех материалов, которые чувствительны к концентрации, отличается от поведения образца. На их вибрационную прочность оказывают большое влияние не только такие концентраторы, как надрезы, входящие углы и т. д., но также в большой мере шероховатость и вообще состояние поверхности. Кроме того, оказывается, что прочность крупных изделий отличается от прочности подобных по форме, но более мелких, так как они имеют разное отношение поверхности и площади поперечного сечения. Это связано с тем, что поверхностный слой получается упрочненным в результате действия технологических операций. Поэтому мелкие изделия оказываются относительно прочнее крупных. Это обстоятельство учитывают введением так называемого масштабного фактора ка.

Усталость при плоском или при объемном напряженном состоянии общего вида экспериментально изучена недостаточно. Известно, однако, что теории статической прочности не могут быть непосредственно перенесены на прочность при переменных напряжениях (вибрационную прочность). Наиболее часто объемное напряженное состояние встречается при расчете прямых валов (длинных стержней), работающих одновременно на изгиб и на кручение. В этом частном случае принято находить коэффициент запаса для вала по формуле

В имевшем место ранее случае разрушения рабочей лопатки VIII ступени компрессора на двигателе НК-8-2у № А82У93202 (№ 23 в табл. 2.5) оценка длительности развития усталостной трещины в лопатке показала, что она составляла 52 ПЦН или примерно 104 ч. Существенно меньшая длительность развития трещины в рассмотренном выше случае объясняется тем, что концентратор напряжения в виде механического повреждения располагался на входной кромке пера лопатки значительно ближе к корневому сечению, чем в предыдущем случае. Из-за этого величина напряжений от вибраций лопатки по основному тону, которые определяют ее вибрационную прочность, была заметно выше в рассматриваемом случае.

При проектировании машиностроительных конструкций следует: а) выбирать генеральную схему с учётом целесообразного распределения в ней усилий; б) обеспечить возможность рационального изготовления конструкций; в) учитывать вибрационную прочность конструкций и г) учитывать термическое воздействие, оказываемое на конструкции сваркой (собственные напряжения и деформации).

Особенное влияние на вибрационную прочность сварных соединений оказывают технологический процесс сварки и конструкция соединений.

Наибольшую вибрационную прочность имели соединения встык.

Опытами ряда организаций [22] установлено, что валиковые швы уменьшают вибрационную прочность образца, и уменьшение это происходит вследствие концентрации напряжений в зоне валиковых швов.

Это равенство означает, что существует корреляционная зависимость (установленная М. С. Анциферовым) между уровнем колебательной скорости вибрирующей поверхности и уровнем звукового давления.

г) покрытие вибрирующих со значительной амплитудой поверхностей оборудования вибропоглощающими и демпфирующими материалами с большими коэффициентами внутреннего трения — битумом, резиной, толем, фетром, асбестом, пластмассами типа «Агат», специальными мастиками при условии плотного их прилегания к вибрирующей поверхности. Модернизация оборудования, как правило, увеличивает срок службы машин и улучшает их технико-эксплуатационные данные.

Работами М. С. Анциферова [7] установлена корреляционная зависимость между уровнями колебательной скорости вибрирующей поверхности и уровнем звукового давления, возникающего при этом в воздухе шума:

При разности уровней принимаемых сигналов в 10 дб и более сигнал с меньшим уровнем силы звука не прослушивается. Можно полагать, что исключение вибрирующей поверхности стены (кривая 2) не уменьшит уровня звукового давления источника. Таким образом, наличие упругих прокладок, принося ощутимую пользу

Увеличение механического импеданса колебательной системы, как известно, достигается выбором материалов и конструкции с малой жесткостью и большим внутренним трением; использованием прокладок с малым значением модуля Юнга в местах сочленения отдельных элементов конструкции; искусственным демпфированием вибрирующей поверхности различными покрытиями. Метод ослабления колебаний за счет присоединения к исследуемой системе дополнительных импедансов, преимущественно активных, называется вибропоглощением. Он заключается в нанесении упруговязких материалов, обладающих большими внутренними потерями, на вибрирующие элементы машины, причем вибропоглощающий материал должен быть плотно скреплен с колеблющейся поверхностью. Искусственное увеличение потерь колебательной энергии в системе значительно уменьшает амплитуды колебаний особенно в резонансных областях.

где и1, т\1 — колебательная скорость и коэффициент потерь вибрирующей поверхности до нанесения вибропоглощающего слоя;

Таким образом, величина снижения уровней шума имеет место только в области высоких звуковых частот, так как довольно тонкий слой мастики не мог заметно сместить нейтральную ось вибрирующей поверхности.

Явление интерференции двух световых лучей — прямого от источника света и отраженного от вибрирующей поверхности используется преимущественно для лабораторных испытаний. Этот метод является одним из наиболее точных при измерении малых амплитуд. Интерференционный метод довольно широко применялся в начале нашего столетия, но затем он уступил место более совершенным методам измерения при помощи электромеханических систем. Однако в последнее время интерференционный метод снова стал применяться для абсолютной калибровки других типов виброизмерительной аппаратуры при высоких частотах и весьма малых амплитудах вибрации. Интерференционному методу посвящена уже довольно обширная современная литература. Применение фотоумножителя в качестве регистратора [28 ] и использования для наблюдения интерференционных максимумов высшего порядка [29 ] значительно расширяет возможности метода.

Основное достоинство описанного прибора состоит в том, что он дает возможность определять относительный сдвиг фаз колебаний то-чек вибрирующей поверхности. Сдвиг фаз можно определять двумя способами:

При измерениях датчик устанавливают на вибрирующей поверхности. Колеблясь вместе с этой поверхностью, он вырабатывает э. д. с., которая поступает на вибратор осциллографа и заставляет колебаться зеркало, установленное на петле вибратора; колебания последнего записываются на пленку. Датчик ВДЦ-1 можно подключить

Одним из основных достоинств прибора является возможность легко определять фазы колебаний точек вибрирующей поверхности, благодаря чему можно установить форму колебаний фундамента.