2019 № 5

Проблеми міцності. - 2019. - № 5.

ЗИНЬКОВСЬКИЙ А. П., КАБАННИК С. М., СТЕЛЬМАХ А. Л.

Експрес-метод прогнозування динамічної стійкості до дозвукового решіткового флатера лопаткових вінців осьових компресорів ГТД. Повідомлення 2. Математична реалізація метода та можливості його використання (рос. мов.) // Проблеми міцності. − 2019. − № 5. – С. 5-15.

На основі сформованої бази даних критичних значень приведеної частоти коливань прямих решіток лопаткових профілів розглядається математична реалізація експрес-методу прогнозування динамічної стійкості до дозвукового решіткового флатера лопаткових вінців компресорів авіаційних газотурбінних двигунів на стадії їх проектування при першій згинній формі коливань лопаток у широкому діапазоні зміни кута атаки набігаючого потоку. Розроблено рівняння множинної регресії, яке залежить від відносного кроку і кута виносу прямої решітки лопаткових профілів, коефіцієнта згинно-крутильної зв’язаності лопатки і кута атаки з коефіцієнтом кореляції досліджуваних параметрів у інтервалі 0,92...0,98. На основі отриманого рівняння розроблено чисельну програму визначення границі динамічної стійкості вінця до дозвукового решіткового флатера для першої згинної форми коливань лопаток. Програма дозволяє знаходити критичні значення приведеної частоти коливань вінця як характеристики його динамічної стійкості і встановити їх залежність від кута атаки. Представлено результати практичного використання розробленої програми на прикладі оцінки динамічної стійкості згинної форми коливань лопаток осьових компресорів чотирьох сучасних авіаційних газотурбінних двигунів. Показано, що на стадії проектування двигуна можна оптимально вибирати значення приведеної частоти коливань лопатного вінця для заданої геометрії його периферійних перерізів і кута атаки набігаючого потоку за умови виникнення дозвукового решіткового флатера.
Ключові слова: лопатка, профіль, осьовий компресор, дозвуковий решітковий флатер, приведена частота коливань, границя динамічної стійкості.

ЛЕПІХІН П. П., РОМАЩЕНКО В. А., БЕЙНЕР О. С., ТАРАСОВСЬКА С. О.

Чисельне дослідження впливу схем і кутів армування на напружено-деформований стан і міцність композитних циліндрів при осесиметричному внутрішньому вибуху. Повідомлення 3. Результати розрахунків для двошарових циліндрів з ортогональним і комбінованим армуванням шарів (рос. мов.) // Проблеми міцності. − 2019. − № 5. – С. 16-25.

Чисельно досліджено вплив схем і кутів армування на напружено-деформований стан і міцність двошарових намотувальних композитних циліндрів скінченної довжини з ортогональним і двома видами комбінованого армування шарів при внутрішньому осесиметричному вибуху. Із використанням даних, наведених у повідомленні 2, виконано порівняльний аналіз впливу на міцність кутів намотування для п’яти різних схем армування за трьома критеріями руйнування анізотропного матеріалу. Отримані результати дозволяють вибирати схеми і кути армування, які забезпечують найбільшу і найменшу початкову міцність циліндра за критеріями максимальних напружень, деформацій та узагальненим Мізеса, а також жорсткість по колових деформаціях.
Ключові слова: пакет прикладних програм, двошаровий композитний намотувальний полий циліндр, внутрішнє вибухове навантаження, напружено-деформований стан, міцність, схеми і кути армування.

ДЕГТЯРЬОВ М. О., АВРАМОВ К. В.

Чисельне моделювання напружено-деформованого стану відсіку утримання ракети (рос. мов.) // Проблеми міцності. − 2019. − № 5. – С. 26-34.

Розглядається термонапружений стан відсіку утримання ракети при старті. Високотемпературний газовий потік виходить із маршової рушійної установки й обтікає відсік утримання, в результаті чого він нагрівається. Поле температур, яке є нестаціонарним із великими градієнтами, зумовлює пружно-пластичне деформування конструкції. Пропонується методика визначення напружено-деформованого стану, яка має два етапи. На першому етапі розраховується температурне поле відсіку утримання. Для цього чисельно досліджується високотемпературний надзвуковий потік із маршової рушійної установки. Параметри потоку використовуються в напівемпірич- ній методиці, за допомогою якої визначається поле температур у відсіку утримання. На другому етапі розраховується напружено-деформований стан, що індукується температурним полем. Пружно-пластичний стан матеріалу описується білінійною діаграмою деформування і розраховується методом скінченних елементів, який реалізується в програмному комплексі ANSYS. У результаті чисельного моделювання встановлено, що найбільш небезпечний напружений стан і пластичні деформації мають місце в нижній частині стоянкової опори. Інша частина конструкції є пружною.
Ключові слова: високотемпературний газовий потік, відсік утримання, пружнопластичне деформування матеріалу.

БУЛАТ А. Ф., ДИРДА В. І., ГРЕБЕНЮК С. М., АГАЛЬЦОВ Г. М.

Методи оцінки характеристик напружено-деформованого стану сейсмоблоков в експлуатаційних умовах (рос. мов.) // Проблеми міцності. − 2019. − № 5. – С. 35-42.

Розглядається актуальна концепція вібросейсмоізоляції важких гірських машин, будівель та споруд за допомогою гумових сейсмоблоків. В Японії, Новій Зеландії, Франції, Греції, Англії, США та в інших країнах вона успішно використовується для захисту від землетрусів таких важливих споруд, як атомні електростанції, школи, мости, музеї, адміністративні та житлові будівлі. Найбільше розповсюдження отримали сейсмоізоляційні системи, які містять гумові блоки. У відомих літературних джерелах, опублікованих у цих країнах, не наведено аналітичних розрахунків та технологічних особливостей виготовлення елементів. В Україні дана концепція розвивається шляхом розробки сейсмоізоляційних блоків для захисту від землетрусів житлових будівель та віброізоляційних блоків для захисту від вібрації важкого обладнання (вага до 300 т, використовується в Росії, Україні) і житлових будівель. Наведено результати статичних і динамічних випробувань параметричного ряду гумових сейсмоблоків для захисту житлових будівель від вібрації. Розглядається конструкція палі з віброізолюючими гумовими опорами. Розроблені і випробувані конструкції гумових сейсмоблоків було використано для віброзахисту від поїздів метрополітену та автотранспорту двох житлових будинків у Києві (10-секційний 10-поверховий та 3-секційний 27-поверховий), а також три будинки у Львові. Вібросейсмоізоляція за допомогою гумових сейсмоблоків забезпечує власну частоту коливань будівлі у горизонтальній площині менше за 1 Гц, що відповідає вимогам державних будівельних норм та Єврокоду 8 до проектування систем сейсмоізоляції будівель.
Ключові слова: віброізоляція, сейсмоїзоляция, гумовометалічні блоки, осідання, палі з гумовометалічними блоками.

ЧЕПКОВ І. Б., ГУРНОВИЧ А. В., ЛАПИЦЬКИЙ С. В., ТРОФИМЕНКО В. Г., КУЧИНСЬКА О. Б., КУЧИНСЬКИЙ А. В.

Метод визначення балістичного коефіцієнта куль // Проблеми міцності. − 2019. − № 5. – С. 43-49.

Розглянуто метод, що дозволяє за допомогою універсальних виразів визначити значення балістичного коефіцієнта кулі за стандартом 07 (закон опору повітря польоту кулі з конусною хвостовою частиною і з довгою оживальною головною частиною з урахуванням її початкової швидкості та зниження траєкторії польоту в інтервалі 100...200 м). Метод дозволяє визначити балістичний коефіцієнт кулі без використання спеціалізованої вимірювальної лабораторії, тобто в умовах необладнаного стрільбища. Єдиним метрологічним обладнанням е переносний прилад для вимірювання початкової швидкості кулі. Залежність балістичного коефіцієнта БК 07 від початкової швидкості кулі формується на основі методу планування експериментів за центральним варіантом плану, що описує область значень точок досліджуваного процесу, так як наявність області неіснуючих значень точок не дозволяє застосовувати рівномірний варіант плану. Досліджуваний діапазон початкових швидкостей куль ділиться на три піддіапазони для забезпечення включення до області існуючих значень всіх точок центрального варіанту плану. Зазначений підхід дозволяє на основі визначеного балістичного коефіцієнта розрахувати швидкість кулі на довільній відстані під час випробування броньових перешкод у польових умовах без використання громіздкого обладнання. Достовірність опису досліджуваного процесу забезпечується завдяки застосуванню опро- бованої математичної моделі руху кулі в повітрі як руху твердого тіла на основі системи з чотирьох диференціальних рівнянь першого порядку. Адекватність виразів емпіричного опису залежності балістичного коефіцієнта від початкової швидкості кулі та зниження траєкторії її польоту в інтервалі 100-200 м перевіряється шляхом знаходження середньоквадра- тичних відхилень значень, отриманих на основі математичної моделі руху кулі в повітрі і за допомогою багаточлена, та їх порівняння з величиною точності визначення балістичного коефіцієнта (не більше 10-3).
Ключові слова: балістичний коефіцієнт, емпіричний метод, багаточлен другого степеня (квадрика), диференціальні рівняння першого порядку.

БЯКОВА О. В., |СТЕПАНОВ Г. В.|, ВЛАСОВ А. О., ДАНИЛЮК В. Є., СЕМЕНОВ Н. В., БЕРЕЗОВСЬКИЙ О. М., ГНИЛОСКУРЕНКО С. В.

Визначення реакції спіненого алюмінію на удар // Проблеми міцності. − 2019. − № 5. – С. 50-60.

Наведено результати дослідження впливу динамічного навантаження із середніми швидкостями удару 40...80 м/с на механічну поведінку спіненого алюмінію в умовах стиску з високою швидкістю деформації. Випробовували зразки спіненого алюмінію на основі відносно пластичного AlSiMg-сплаву та високоміцного AlZnMg-сплаву з великим вмістом крихкої евтектичної складової. Аналіз результатів випробувань при динамічному і квазістатичному навантаженні стиском показав відмінності в чутливості двох видів спіненого алюмінію до швидкості деформації. Це пояснюється різницею впливу швидкості деформації й інерційних ефектів пластичного колапсу комірок та крихкого ушкодження матеріалу стінок між комірками, ініційованого розтріскуванням евтектичних прошарків.
Ключові слова: спінений алюміній, квазістатичне та динамічне навантаження, реакція на удар, чутливість до швидкості деформації.

ИГНАТОВИЧ С. Р., БУРАУ Н. І.

Степеневий закон розподілу довжини тріщин при множинному пошкодженні (рос. мов.) // Проблеми міцності. − 2019. − № 5. – С. 61-73.

Розглянуто множинне пошкодження при втомі, яке характеризується процесами утворення і росту тріщин. Запропоновано дві моделі множинного пошкодження, що враховують випадкове утворення тріщин, розповсюдження яких описується експоненціальною залежністю їх довжини від числа циклів навантаження. Утворення тріщин являє собою стаціонарний пуассонівський потік із постійною інтенсивністю. Ріст тріщин характеризується параметром швидкості, який визначає залежність швидкості росту від довжини тріщини. Одна модель описує детермінований ріст тріщин при фіксованому значенні швидкості, в іншій враховується їх ріст за випадковими траєкторіями відповідно до розподілу параметра швидкості. Отримано, що при детермінованому зростанні тріщин розподіл їх довжини відповідає степеневому закону Парето з показником степеня, який визначається відношенням кінетичних параметрів утворення дефектів до їх росту. При рості тріщин за випадковими траєкторіями, коли відповідно до експериментальних даних параметр швидкості розподілений рівномірно, реалізується степеневий розподіл довжини тріщин, який є близьким до розподілу Парето. При цьому показник степеня розподілу також залежить від відношення кінетичних параметрів множинного пошкодження і очікувано зменшується в процесі накопичення пошкоджень до граничного рівня, рівного двом. Такий результат узгоджується з експериментальними даними щодо множинного пошкодження матеріалів різного класу (метали, гірські породи). Обгрунтовано інтервал значень відношення кінетичних параметрів появи і росту дефектів, за яких розподіл довжини тріщин описується законом Парето і які можуть використовуватися для оцінки граничного стану тіл із тріщинами.
Ключові слова: множинне пошкодження, утворення і зростання втомних тріщин, розподіл Парето.

ФОМИЧОВ П. О., ЗАРУЦЬКИЙ А. В.

Прогнозування втомної довговічності зразків з отвором після попереднього обтиснення матеріалу за номінальними напруженнями при регулярному навантаженні (рос. мов.) // Проблеми міцності. − 2019. − № 5. – С. 74-81.

Запропоновано метод прогнозування втомної довговічності елементів конструкцій з попереднім обтисненням матеріалу в зоні отвору при регулярному навантаженні. Метод базується на загальноприйнятому підході до прогнозування довговічності за номінальними напруженнями. Наявність залишкових напружень, що виникають у результаті пластичного деформування матеріалу в зоні отвору, враховували шляхом коригування асиметрії циклу зовнішніх навантажень. Для цього введено поняття “фіктивних напружень стиску”, величину яких визначали при розв’язку контактної задачі в пружно-пластичній постановці в скінченноелементному пакеті. Установлено функціональний зв’язок між величиною залишкових напружень і втомною довговічністю зразка з попередньо обтиснутим отвором. Результати розрахунків за запропонованим методом порівнюються з даними втомних випробувань зразків із попереднім обтисненням матеріалу в зоні отвору. Показано задовільне узгодження між розрахунковими й експериментальними даними. Перевага методу полягає в використанні мінімуму вихідних даних - кривої втоми стандартизованого зразка з вільним отвором. Враховуючи, що для одного і того ж сплаву з однаковою термообробкою такі криві можуть розрізнятися залежно від поставки, випробування стандартизованих зразків при регулярному навантаженні є обов’язковими. Незважаючи на розсіяння довговічності, властиве процесу втомного руйнування, метод дозволяє на етапі проектування отримати надійну, дещо консервативну, оцінку впливу технології обтиснення отворів на втомну довговічність.
Ключові слова: довговічність, номінальні напруження, регулярне навантаження.

БРЕСЛАВСЬКИЙ Д. В., МЄТЄЛЬОВ В. О., МОРАЧКОВСЬКИЙ О. К., ТАТАРІНОВА О. А.

Короткочасна повзучість сталі Ст3 при періодичному навантаженні з малою частотою // Проблеми міцності. − 2019. − № 5. – С. 82-91.

Отримано рівняння стану повзучості для матеріалів, які проявляють властивості ортотропії (трансверсальної ізотропії) та неусталеної повзучості при періодичному навантаженні. Розглянуто випадок навантаження з малою частотою. Наведено результати експериментальних досліджень короткочасної повзучості сталі Ст3 при статичному та періодичному навантаженні за ступеневим циклом при кімнатній температурі. Результати розрахунків за запропонованим рівнянням стану порівнюються з експериментальними даними. Отримано задовільну збіжність для числа періодів, яке більше за 4-5, що свідчить про можливість застосування запропонованого рівняння стану для розрахунків малоциклової повзучості листових матеріалів.
Ключові слова: повзучість, рівняння стану, трансверсальна ізотропія, періодичне навантаження, експеримент.

ТРАПЕЗОН О. Г.

Вплив залишкових напружень на розрахункову оцінку міцності шаруватих систем основа-покриття (рос. мов.) // Проблеми міцності. − 2019. − № 5. – С. 92-102.

Вивчено вплив технологічних залишкових напружень, що виникають у процесі виготовлення шаруватих ізотропних композитів типу основа-покриття, на розрахункову оцінку їх міцності. При одноосьовому розтязі або стиску використовується традиційний метод, що базується на принципі адитивності вихідних властивостей шарів симетричного композита. При згинанні такого композита принцип адитивності неприйнятний, тому при виведенні розрахункового співвідношення для напружень як вихідний використовується метод еквівалентних згинних жорсткостей, який дозволяє встановлювати зв’язок між характеристикою міцності, що розшукується, та робочими напруженнями в шарах. Залишкові напруження при розрахунковій оцінці враховуються шляхом введення аналітичних виразів для залишкових напружень у відповідні розрахункові моделі. Проаналізовано найбільш відомі співвідношення для визначення залишкових напружень із точки зору їх достовірності. Для цього проведено незалежне виведення розрахункових формул для осьових залишкових напружень залежно від пружних характеристик компонентів композита, товщини і кількості його шарів. Показано, що введення цих формул у співвідношення адитивності для ізотропної симетричної системи при одноосьовому навантаженні не змінює, як це і очікувалося через самоврівноваженість залишкових напружень, його вигляд, і тому залишкові напруження не впливають на розрахункове прогнозування її міцності. Як приклад викладено результати обчислення границі міцності при осьовому розтязі алюмінієвого сплаву, що плакований корозійностійкою сталлю при різному відношенні загальної товщини плакуючого шару до товщини шару зі сталі. Наведено результати зміцнення композита. Показано, що, на відміну від одноосьового розтягу композита, при його згинанні залишкові напруження суттєво впливають на оцінку міцності. Для порівняння наведено числові результати такої оцінки. Приведено розроблену відповідно до гіпотези Гудмана схему визначення границі витривалості при циклічному згинанні, яку було перевірено і підтверджено експериментально. Всі аналітичні вирази викладено згідно з припущенням однорідності та ізотропності фізико-механічних властивостей матеріалів, що складають композит, їх ідеального взаємного зв’язку (адгезія), напружено-деформований стан розглядається в пружній області, тобто в рамках закону Гука.
Ключові слова: основа, покриття, шаруваті композити, залишкові напруження, розтягування, згин, оцінка міцності.

ТОРАБІ А. Р., РАЗАВІ С. М. Дж., БЕРТО Ф., АЯТОЛЛАХІ М. Р.

Про придатність критерію усередненої щільності енергії деформації при прогнозуванні крихкого руйнування тупих V-образніх надрізів по змішаній моді I/II з негативної складової моди I (англ. мов.) // Проблеми міцності. − 2019. − № 5. – С. 103-121.

Перевірено придатність відомого критерію крихкого руйнування, а саме: усередненої густини енергії деформації при прогнозуванні крихкого руйнування V-подібних надрізів із закругленою вершиною в умовах навантаження змішаного типу (I/II) з негативною складовою моди I. Вперше зроблено спробу теоретичного прогнозування навантажень руйнування зразків типу “бразильський диск” із поліметилметакрилату з V-подібним надрізом із закругленою вершиною, підданих навантаженню змішаного типу (I/II) з негативною складовою моди I. Установлено, що даний критерій є придатним при прогнозуванні крихкого руйнування для зазначеного випадку змішаного навантаження.
Ключові слова: крихке руйнування, змішана мода I/II, негативна складова моди I, V-подібний надріз, усереднена щільність енергії деформації, “Бразільський диск” з тупим надрізом.

ИСМАЇЛ Али А., АЛЬ-ХАРБІ М. М.

Статистичні характеристики моделі частково прискорених ресурсних випробувань при постійної напрузі з використанням цензурованих даних з лінійним розподілом частоти відмов (англ. мов.) // Проблеми міцності. − 2019. − № 5. – С. 122-129.

Розглянуто варіант частково прискорених ресурсних випробувань при постійній напрузі з використанням цензурованих даних із лінійним розподілом частоти відмов для високонадійних матеріалів або пристроїв. Оцінено максимальну ймовірність параметрів розподілу і коефіцієнта прискорення. Для вибірок різного розміру виконано розрахунок середньоквадратичних похибок, що дозволяє оцінити працездатність моделі. Наближено оцінено довірчі інтервали параметрів моделі. Як приклад наведено чисельні розрахунки методом Монте-Карло.
Ключові слова: надійність, часткове прискорення, постійна напруга, лінійний розподіл частоти відмов, максимальна вірогідність, середньоквадратична погрішність, метод Монте-Карло.

КУМАР ГУПТА Р., ХАШМІ С. А. Р., ВЕРМА С., НАЇК А.

Розробка термореактивних нанокомпозитів, армованих графеновимі нанопластинами з пам'яттю форми, для додатків з високою силою відновлення (англ. мов.) // Проблеми міцності. − 2019. − № 5. – С. 130-143.

Проблема розробки та широкого впровадження багатофункціональних сучасних матеріалів із пам’яттю форми є дуже актуальною. Розроблено термочутливі композити з пам’яттю форми, армовані графеновими нанопластинами (ГНП), в полиуретанової матриці з пам’яттю форми ефірного типу (ПФЕТ). Розроблено унікальний двогвинтовий мікрокомпілятор зі зворотним каналом для забезпечення належного розподілу ГНП у матриці для отримання різного складу нанокомпозитів.Характеристики та властивості нанокомпозитів вивчено з використанням методів спектроскопії, морфології термомеханічної поведінки, пам’яті форми та ін. при частотах 0,1 і 10 Гц. Структуру нанокомпозитів також аналізували різними спектроскопічними методами. Додання ГНП в матрицю ПФЕТ з рівномірним розподілом поліпшило механічні та термічні характеристики композита, збільшило його модуль пружності з 3,14 до 4,11 ГПа, зменшило значення піка tg (5 з 0,81 до 0,53, також поліпшило характеристики відновлення форми в дослідженому діапазоні частот і навантажень.
Ключові слова: полімер з пам'яттю форми, поліуретан з пам'яттю форми, графенові нанопластини, динамічний механічний аналіз, мікрокомпілятор.

ГАСПАР М., СІСОДІА Р. П. С., ДОБОСІ А.

Оцінка зони термічного впливу в сталях на основі фізичної моделі. Повідомлення 2. Двофазні сталі (англ. мов.) // Проблеми міцності. − 2019. −
№ 5. – С. 144-155.

Оптимальне поєднання швидкості зміцнення і пластичності двофазних сталей зумовило їх широке використання в автомобільній промисловості. Досліджено процеси загартування і розм’якшення зони термічного впливу (ЗТВ) трьох автомобільних двофазних сталей при зварюванні, їх механічні характеристики погіршуються, що призводить до тріщиноутворення. Термомеханічний симулятор Gleeble 3500 використовується при моделюванні теплових циклів зварювання для всіх субзон ЗТВ у трьох сталях. Стальні зразки нагрівали до різних пікових температур (650, 775, 950 і 1350°С) і охолоджували протягом 5 і 30 с. Для чисельного моделювання цього процесу використовували двовимірну модель Рикаліна. Твердість і мікроструктуру зразків тестували й аналізували за допомогою тесту твердості Віккерса та оптичного мікроскопа відповідно. У досліджуваному інтервалі тривалості охолодження ЗТВ більш схильна до розм’якшення, ніж до зміцнення. Розм’якшення мало місце майже у всіх субзонах ЗТВ, але найбільше у дрібнозеренній і міжкритичній, де зафіксовано максимальне зменшення твердості для всіх сталей. Зі збільшенням потужності теплового потоку і часу охолодження у цих субзонах для всіх досліджуваних сталей відмічається розм’якшення, зумовлене утворенням верхнього бейніту.
Ключові слова: двофазні сталі, симулятор Gleeble, зона термічного впливу, двовимірна модель Рикаліна.