авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Разработка методики оценки влияния динамических процессов в нагружающих устройствах на силоизмерительную систему испытательных машин для циклических испытаний

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Кравченко Сергей Алексеевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В НАГРУЖАЮЩИХ УСТРОЙСТВАХ НА

СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНУЮ СИСТЕМУ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ МАШИН ДЛЯ ЦИКЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

Специальность 01.02.06 – Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Нижний Новгород – 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО

"Кубанский государственный технологический университет"

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Бледнова Жесфина Михайловна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Пичков Сергей Николаевич

кандидат технических наук, доцент

Вешуткин Владимир Дмитриевич

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт механики ГОУ ВПО Нижегородского государственного университета имени Н.И..Лобачевского (НИИМ ГОУВПО ННГУ им.Н.И. Лобачевского), г. Нижний Новгород.

Защита диссертации состоится «29» апреля 2009 г. в 13 ч. в ауд.1258 на заседании диссертационного совета Д.212.165.08 при Нижегородском государственном техническом университете по адресу: 603950, ГСП41, г..Нижний Новгород, ул. Минина, 24. Факс: (831)4-36-94-75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета.

Автореферат разослан « » марта 2009 г.

Ваш отзыв на автореферат с подписями, заверенными печатью, просим направлять на имя Учёного секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук Е.М. Грамузов

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. В практике эксплуатации испытательного метрологического оборудования различных типов нередки случаи значительных разбросов результатов измерений механических характеристик материалов. Результаты измерений характеристик одного и того же материала несколькими лабораториями зачастую имеют низкую сходимость. Это является следствием, прежде всего недостаточной метрологической точности испытательных средств, большой систематической погрешности стандартного метода измерений.

В ходе анализа основных метрологических требований, предъявляемых к испытательным машинам, и их методического и приборного метрологического обеспечения, было выявлено, что отсутствует контроль важнейшей метрологической характеристики испытательного оборудования – предела допускаемой погрешности машины при измерении нагрузки в динамическом режиме нагружения.

Скрытая динамическая составляющая погрешности может достигать нескольких десятков процентов, в то время как допустимый предел погрешности измерения силы при механических испытаниях, по международным нормам, не должен превышать трех процентов, а по ряду отраслевых стандартов одного процента.

Опыт промышленного производства испытательных машин на предприятиях РФ, в основном на заводе испытательных машин (г. Армавир) и ввода в обращение в 60х-80х годах прошлого столетия нескольких сотен гидропульсаторных машин типа ГРМ, затем МУП на 100, 200 и 500 кН показал отсутствие надежных средств и методов контроля точности силоизмерительной системы машины в динамическом режиме нагружения. При продекларированной максимально допустимой погрешности ±3 % от измеряемого значения силы, действительные погрешности при испытании материалов на усталость составляли десятки процентов.





Необходимость решения проблемы достоверной количественной оценки прочности материалов и конструкций, как гарантии механической безопасности в техносфере и сохранения конкурентоспособности российских индустриальных материалов, ставит перед исследователями и конструкторами актуальную задачу. Она заключается в разработке и внедрении средств и методов метрологической аттестации силоизмерительных систем испытательных машин в динамическом режиме нагружения. Обеспечение высокой точности измерений при механических испытаниях материалов на усталость востребовано в связи с актуальностью сертификации промышленной продукции по показателям выносливости и, не менее важной стратегической необходимостью исследования материалов в областях гиперусталости, т.е. при базах испытания до 109 циклов.

Работа выполнена в соответствии с координационным планом НИР КубГТУ на 2001-2005 гг. "Конструктивно-технологические методы повышения надежности деталей машин, работающих в сложных условиях нагружения"; раздел «Метрологическое обеспечение точности механических испытаний материалов и конструкций» (6.5.2.01-05)

Цель работы заключается в разработке методики и средства калибровки в динамическом режиме нагружения испытательных машин для циклических испытаний, обеспечении достоверности, повышении точности и воспроизводимости результатов усталостных испытаний материалов, получаемых на машинах для многоцикловых испытаний, за счет повышения точности измерения силы, прикладываемой к испытываемому образцу.

Задачи исследования. К основным задачам исследования относятся:

- анализ достигнутого уровня научно-методического и технического (приборного) метрологического обеспечения средств механических испытаний материалов на усталость, стандартов на методы испытания и метрологического контроля;

- разработка математической модели для определения значения динамической составляющей погрешности измерения силы и ее зависимостей от конструктивных особенностей испытательной машины и основных режимов испытания;

- разработка и согласование в научно- исследовательских структурах Ростехрегулирования методики метрологической калибровки силоизмерительных систем многоцикловых машин в динамическом режиме нагружения;

- получение аналитических и экспериментальных зависимостей динамической составляющей погрешности от основных режимов проведения испытаний;

- разработка и внедрения рекомендаций по построению нагружающих устройств испытательных машин для усталостных испытаний, обеспечивающих снижение значения динамической составляющей погрешности и повышения достоверности получаемых результатов испытаний.

Объект исследования - гидропульсаторные и электрогидравлические машины для испытания стандартных образцов материалов на усталостную прочность.

Предмет исследования точность измерения силы в испытательных машинах для усталостных испытаний в динамическом режиме нагружения, методы и средства метрологического контроля данной испытательной техники в динамическом режиме нагружения.

Методы исследования.

При проведении исследований в качестве гипотезы выдвинуто предположение, что конструктивные особенности гидравлической испытательной машины для усталостных испытаний и режимы испытаний оказывают влияние на точность определения основных механических свойств материалов. Причем динамическая составляющая погрешности, при проведении испытаний в динамическом режиме нагружения, значительно превосходит уровень погрешности, установленный в нормативно-технической документации, в национальных и в отраслевых стандартах.

Методическую и теоретическую основу исследования составляют математические модели динамических процессов пространственных сложнонапряженных колебательных систем «гидровозбудитель – инерционные массы захватных устройств - испытываемый образец» для трех принципов гидровозбуждения испытательной нагрузки: пульсаторного рекуперативного, классического сервогидравлического с двумя симметричными активными полостями цилиндра и дифференциального одноштокового гидроцилиндра, в испытательных машинах типа ГРМ, УРС и МИУ.

Аналитические исследования строились на основе научных трудов:

- классиков общей теории динамики механизмов, машин и метрологии механических испытаний: И.И. Артоболевский, А.П. Бессонов, К.С Колесников, К.В. Фролов и др.

- известных ученых в области динамики конкретной группы испытательных машин для механических испытаний материалов и конструкций: С.В.Серенсен, Н.А.Махутов, Г.С.Писаренко, В.Е.Кузьменко, Б.Е.Гарф, Ю.Е.Тябликов, В.Т. Трощенко, Ю.Г. Коротких, С.Н.Пичков и др.;

- разработчиков и исследователей испытательных машин: А.С.Шагинян, В.Я.Яблонко, А.Т.Оганесян, В.В.Харченко, В.А.Стрижало, С.М.Чиликов, А.Ф.Кравченко и др.

Информационную базу исследования составляют:

- научно-технические труды (книги) ученых известных в мировой науке и практике по проблемам усталостной прочности, механических испытаний и испытательной техники в России, Украине, Англии, Швейцарии, США и др.;

- научно-технические журналы;

- материалы российских и международных научно-практических конференций и семинаров;

- российские и международные нормативные и методические материалы (стандарты, методики, инструкции и др.)

- результаты заводских и государственных испытаний испытательных машин.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертационной работе, основываются на:

- фундаментальных положениях динамики и прочности машин при построении математической модели динамических процессов в нагружающих устройствах машин;

- результатах проведенных экспериментальных исследований реальных динамических систем «машина-образец»;

- исследованиях нормативно-технических, методических документов по механическим испытаниям материалов на усталость;

- применение статистических методов обработки результатов;

- утверждении во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологии (ВНИИМ) им. Д.И. Менделеева (г. С-Петербург) методики калибровки испытательных машин в динамическом режиме;

- апробации разработанных методики и средства калибровки испытательных машин в динамическом режиме, в инфраструктурах Федерального ядерного центра РФ (г. Саров) и НИИ механики Нижегородского госуниверситета им. Н.И. Лобачевского (г. Нижний Новгород.);

- патентование разработанных методов калибровки и системы измерения силы машин для циклических испытаний.

Научная новизна и разработки, выносимые на защиту:

1. Математические модели машин типа ГРМ, УРС и МИУ, на которых определены расчетные значения динамической погрешности измерения силы, прикладываемой к испытываемому образцу. Установлены наиболее важные факторы, влияющие на метрологические свойства машин для циклических испытаний.

2. Методика и средство метрологической калибровки машин в динамическом режиме прошедшие апробацию и согласованные в структурах Ростехрегулирования.

3. Система измерения с автоматическим учетом силы инерции, позволяющая учитывать значение динамической составляющей погрешности силы в процессе испытания.

Практическая значимость полученных результатов.

Практическая значимость работы заключается в том, что предложены способы оптимизации характеристик и совершенствования конструктивных особенностей выпускаемых испытательных машин. Критерием оптимизации выбрана точность измерения нагрузок при определении механических свойств материалов. Разработана и внедрена методика и средство контроля основных нормированных метрологических характеристик, позволяющая решить проблему проведения метрологической аттестации рассматриваемых машин в динамическом режиме.

Применение разработанной системы измерения при модернизации устаревшей техники и при производстве новой позволяет улучшить эксплуатационные свойства испытательного оборудования и повысить достоверность получаемых результатов испытаний.

Реализация и внедрение результатов работы.

Результаты работы использованы при подготовке нормативно-технических документов в области механических испытаний. Методика калибровки включена в комплект конструкторской документации на серийно выпускаемую универсальную испытательную машину МИУ.

На основе материалов диссертации в Технический комитет 311 «Машины и приборы для определения механических свойств материалов» Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии подана заявка на разработку проекта национального стандарта «Машины для усталостных испытаний осевой нагрузкой. Поверка устройства для измерения усилия». Данная заявка была включена в «Перспективную программу развития национальных стандартов в научно-технической и производственной сферах на 2008-2012 годы».

Разработанные предложения по оптимизации конструкции машин для испытания на усталость, приняты к внедрению в «Научно-исследовательском и конструкторском центре испытательных машин Точмашприбор», г. Армавир. Использование результатов работы подтверждено актами внедрения.

По разработанной методике и с использованием разработанного динамометра переменных сил были проведены калибровки испытательных машин в ФГУП «Российский федеральный ядерный центр» (г.Саров) и Научно-исследовательском институте механики Нижегородского государственного университета им. Н.И.Лобачевского (г. Н. Новгород)

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры «Динамика и прочность машин» КубГТУ в виде содержательной части текстов лекций в разделе «Механические испытания материалов», учебного пособия «Машины и приборы для определения механических характеристик материалов», в методических указаниях по выполнению лабораторных работ.

Личный вклад автора заключается в постановке и реализации задач настоящего исследования, сборе и обработке экспериментальных данных, формулировке основных положений научной новизны и практической значимости, внедрении полученных результатов.

Апробация результатов работы.

Основные результаты научных исследований, содержащихся в диссертации, были доложены и обсуждены на: расширенном Научно-техническом совете Госстандарта России (г.Москва, 2004г.); всероссийской конференции «Современная лаборатория предприятия» (г.Москва, 2004г.); всероссийской выставке инноваций ИННОВ-2005 (г.Новочеркасск, 2005г.); всероссийской выставке НТТМ-2005 (г.Москва, 2005г.); конкурсе Министерства образования и науки Российской Федерации на лучшую научную работу в 2005 г; международной конференции по теории механизмов и механике машин. – (Краснодар, 2006г); научно-техническом совете ООО «НИКЦИМ Точмашприбор» (Армавир, 2007г.).

Публикации.

По результатам выполненных исследований и разработок опубликовано 15 работ (6 статей, 8 в сборниках трудов, 1 в сборнике тезисов докладов конференций), 4 из которых в рецензируемых изданиях, 1 положительное решение на изобретение РФ, подана заявка на изобретение РФ. Общее количество опубликованных материалов составляет 74 страницы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 216 страницах машинописного текста и состоит из 4 глав основной части, выводов, списка литературных источников из 84 наименований, приложений А, Б и В на 54 страницах, содержащих акты внедрения результатов исследований в производство, копию патента №2336507 «Способ калибровки в циклическом режиме нагружения машин для испытаний на усталость», результаты экспериментальных исследований и их статистическую обработку. В диссертационной работе содержится 51 рисунок и 62 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показано состояние проблемы, сформулированы основные направления, цели, задачи исследования и обоснована актуальность научно-практической реализации задач нормативно-методического и технического (приборного) метрологического обеспечения функционирования испытательных систем в динамическом режиме.

В первой главе рассматриваются основные недостатки метрологического контроля машин для испытания на усталость. Показано, что, если соосность приложения нагрузки может контролироваться технологически, то значение динамической составляющей погрешности без специальных средств может быть определено только расчетным путем.

Описываются объекты исследования, основные типы измерительных устройств, применяемых при проведении испытаний, их нормированные метрологические характеристики, методы и средства их метрологической аттестации. Показана актуальность решения задач метрологического обеспечения механических испытаний на усталость, заключающаяся в необходимости повышения точности измерения силы при усталостных испытаниях. Неточность определения механических характеристик приводит к значительным экономическим потерям в случае отбраковки пригодного материала и катастрофическим последствиям при разрушении конструкции, изготовленной из не отвечающего требованиям материала. Низкая сходимость серии испытаний на многоцикловую усталость, являющаяся следствием больших значений погрешности силоизмерения, приводит к непризнанию результатов дорогостоящих испытаний.

Во второй главе анализируются существующие в мировой практике методы калибровки канала силы в динамическом режиме нагружения разработанные в 70-80-х годах прошлого века, отмечаются их основные недостатки, которыми являются отсутствие универсальности, несовершенство используемых средств калибровки и методов расчета динамической составляющей погрешности, несоответствие заявленного в них технического уровня метрологических средств современным нормам. Приводятся свидетельства того, что данные методики не используются на протяжении нескольких десятков лет.

Разработана математическая модель динамических процессов в нагружающих устройствах машин типа УРС, ГРМ, МИУ для получения значений динамической составляющей погрешности аналитическим способом. Уравнения, колебаний нагружающего устройства испытательных машин, получено из эквивалентных механических схем замещения, показанных на рисунке 1а для машин УРС, МИУ и рисунке 1б для ГРМ.

На рисунке 1 а приняты следующие обозначения: C1 - жесткость траверсы и масляной подушки, С2 – жесткость колонны, C3 – жесткость образца, C4 – жесткость траверсы и датчика, m1 – масса поршня и нижнего захвата, m2 – масса траверсы, m3 – масса верхнего захвата, R1 – неупругое сопротивление в цилиндре, 1, 2, 3 – смещения масс m1, m2, m3.

а б

Рисунок 1 - Эквивалентные механические схемы замещения для машин УРС, МИУ (а) и для машины ГРМ (б)

На рисунке 1 б приняты следующие обозначения: C1 - жесткость траверсы, С2 – жесткость колонны, C3 – жесткость винта, C4 – жесткость траверсы, цилиндра и масляной подушки, C5 – жесткость образца; m1 – масса поршня и моторной траверсы, m2 – масса траверсы цилиндра, m3 – масса подвижной траверсы и верхнего захвата, m4 – масса нижнего захвата; R1 – неупругое сопротивление в цилиндре, R2 – неупругие сопротивления в направляющих; 1, 2, 3 4 – смещения масс m1, m2, m3, m4.



Pages:   || 2 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.