ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Прогнозирование долговечности упругих элементов муфт из "Муфты с неметаллическими упругими элементами " Одной из основных проблем, возникаюших при создании методов расчета машиностроительных конструкций, является проблема прогнозирования их долговечности. Уже хама по себе возможность оценки долговечности конструкции является большим достижением в расчетной области. Кроме того, приходится учитывать и ряд других обстоятельств, в частности тот факт, что прогнозирование долговечности открывает пути к постановке задач оптимизации конструкций, решению вопросов повышения уровня их качества. [c.59] Для резинотехнических изделий, особенно работающих в условиях циклического нагружения, а вследствие этого и при повышенных температурах, эта проблема оказывается особенно актуальной. Известно, что оптимизация резинотехнических изделий не может быть проведена лишь на основе анализа их напряженно-деформированного состояния, как это, например, имеет место для металлических конструкций. Здесь требуется учет как поля напряжений, так и поля температур. Этот комплексный учет как раз и может быть осуществлен через показатели долговечности, например ресурс. [c.59] В настоящее время методы прогнозирования долговечности полимерных и, в частности, эластомерных материалов стали развиваться довольно интенсивно. Существуют различные подходы к решению проблемы долговечности эластомерных материалов. Тем не менее из всего их многообразия удается выделить три крупных направления, в соответствии с которыми возникли и развиваются следующие теории разрушения теория механического разрушения, статистическая теория разрушения и термодинамическая теория разрушения. [c.59] Наиболее полные обзоры методов, применяемых при расчете резиновых изделий, приведены в работах [4, 10, 37, 38]. Особое место в этих работах отводится механическим критериям разрушения, к которым относят критерии наибольших нормальных напряжений, наибольших касательных или наибольших относительных удлинений. Приближенность механических критериев и ограниченность диапазона их использования состоит в игнорировании временного и температурного факторов. [c.59] По мере развития науки о прочности все большее подтверждение находил тот факт, что для любого материала прочность является функцией времени. Основные положения теории, учитывающей фактор времени, наиболее полно разработаны С. Н. Журковым и его сотрудниками [42, 50], установившими, что разрушение есть активируемый кинетический процесс, энергия активации которого снижается приложенными напряжениями. [c.60] Термофлуктуационная теория прочности нашла широкое применение для разъяснения природы разрушения. Она получила дальнейшее развитие в описании процессов циклического разрушения резин. [c.60] Зависимости (3.1) — (3.3) достаточно хорошо подтверждены экспериментально лишь для случая одноосного напряженного состояния. Применительно к сложному напряженному состоянию пока не существует достаточно обоснованных рекомендаций. [c.60] Значительный вклад в развитие кинетической концепции разрушения внес В. Е. Гуль [10]. Основное положение, развитое в работах В. Е. Гуля, состоит в том, что нагружение полимерного тела вызывает, в первую очередь, разрыв межмолекулярных связей. Следующим этапом в развитии теории разрушения было введение в число аргументов некоторых тензорных величин, позволившее отразить анизотропный характер разрушения. [c.61] Выражение для поврежденности качественно верно отражает кинетику разрушения быстрое разрушение сначала, когда рвутся слабые и перенапряженные связи, и затем замедление разрушения при выравнивании нагрузок на связях. Основным достоинством теории длительной прочности А. А. Ильюшина является то, что она описывает процесс разрушения в условиях сложного напряженного состояния. Однако эта же общность теории осложняет ее экспериментальную проверку и внедрение в инженерную практику. Упрощенный вариант теории А. А. Ильюшина предложил В. В. Москвитин. Теория разрушения, предложенная В. В. Новожиловым, является синтезом теории накопления повреждений и теории хрупкого разрушения. Она базируется на двух основных соотношениях уравнении накопления повреждений и условий разрушения, предполагающих, что разрушение наступает тогда, когда интенсивность пластических деформаций достигает некоторого предельного значения. Этот критерий также применим для случая сложнонапряженного состояния. [c.61] Все перечисленные выше теории использования при расчете металлов и жестких полимеров. Применение их непосредственно для расчета резиновых конструкций неизвестно, хотя, по-видимому, для этого не существует каких-либо принципиальных препятствий. [c.61] Материалы, внешне однородные, всегда содержат большое число дефектов, распределение которых по объему носит случайный характер. Зависимость прочности от случайно распределенных дефектов обусловливает вероятностную природу разрушения. Работы этого направления ведут начало от исследований Я. И. Френкеля и Н. Н. Афанасьева. Приложенное к образцу макроскопически однородное поле напряжений из-за наличия дефектов на микроуровне оказывается неоднородным. Это приводит к перенапряжениям, которые вызывают объемное разрушение. Такой подход объясняет наблюдаемый разброс результатов эксперимента и зависимость прочности от масштабного фактора. Ряд положений Н. Н. Афанасьева используется в последних теориях разрушения вязкоупругих материалов [50]. Обобщение этой теории содержится в работе [36]. [c.61] Значения всех коэффициентов получены эмпирически по методике, изложенной в работе [42]. При этом предполагалось, что время t зарождения и накопления повреждений намного больше времени роста трещин, вплоть до макроразрушения. [c.62] Энергетический подход к процессу разрушения применен Т. Губером [10]. Согласно его концепциям материал разрушается при превышении работы формоизменения некоторого определенного предельного значения. [c.62] При этом предполагается, что шаровая часть тензора напряжений не оказывает влияния на разрушение. Эта концепция нашла экспериментальное подтверждение для ряда резиноподобных материалов. Теория Т. Губера приводит к значительным погрешностям в случае динамического нагружения, когда сказывается влияние диссипации энергии. [c.63] В работе [102] предложен энтропийный критерий разрушения, предполагающий, что разрушение наступает при достижении приращением плотности энтропии некоторого критического значения 5, являющегося характеристикой материала. Несмотря на недостатки, присущие этому критерию, он позволяет учесть влияние на разрушение различных немеханических факторов. Критерий справедлив как для малых, так и для больших деформаций при сложном напряженном состоянии. Он получил свое дальнейшее развитие в трудах Э. Э. Лавендела, В. Г. Масленникова [21], В. И. Дырды [12], где исследовалась применимость энтропийного критерия для описания разрушения вязкоупругих материалов типа резины в условиях циклического деформирования. Однако из-за сложности измерения ряда эмпирических коэффициентов критерий не получил широкого внедрения в практику инженерных расчетов. [c.63] При экспериментальном изучении процесса разрушения резиновых изделий установлено, что на изменение физико-механических характеристик материала оказывает влияние как накопление повреждений, так и старение резины. [c.63] Попытки прогнозирования долговечности по изменению модуля сдвига и коэффициента диссипации можно найти в работе [12], однако они носят сугубо теоретический характер, так как фактически не учитывают процессов старения, оказывающих существенное влияние на результат при длительных испытаниях. В частности, при таком подходе очень сложно оценить вклад каждого из одновременно протекающих, процессов увеличение модуля упругости, вызванного старением, и его снижение вследствие накопления микродефектов. При определенных скоростях протекания этих процессов изменение модуля упругости может оказаться весьма незначительным, в то время как уровень повреждаемости к этому моменту может быть уже весьма высоким. [c.63] К критериям разрушения прикладного характера можно отнести и критерий, связанный с температурой диссипативного. саморазогрева [37, 50]. В основе этого критерия лежит тот факт, что температура саморазогрева может достичь предельного для резины значения и явиться причиной ее разрушения. Обычно этот критерий используется для оценки допустимости работы изделия в заданном режиме, а также для определения момента времени, когда температура достигнет предельного значения Гкр. В этом случае время реальной работы получается из решения нестационарного уравнения теплопроводности. [c.63] Температурный критерий основывается на предположении, что для большинства резин сушествует некоторое значение Гкр, при превышении которого наступает резкое изменение свойств материала и увеличение скорости разрушения. Условие Г Гкр принимается за критерий разрушения. Значение Гкр не зависит от условий нагружения и является константой материала. Согласно данным работы [36] для большинства технических резин величина Гкр составляет 90—100 °С. [c.64] Различные подходы сушествуют и при создании теории изнашивания резинотехнических изделий. Согласно современным представлениям разрушение деталей вследствие изнашивания рассматривается как энергетический процесс, во время которого происходит активация и разрушение молекул полимера, находящихся в поверхностном слое детали [20]. По характеру изнашивание эластичных материалов при внешнем трении может быть усталостным, абразивным и посредством скатывания . [c.64] Вернуться к основной статье