Детали машин, испытывающие неравномерную нагрузку, выходят из строя быстрее. Но собирать данные о работе техники годами теперь не обязательно. Ученые показали минимальный объем информации для прогноза рабочего ресурса.
Специалисты Санкт-Петербургского государственного университета и Института проблем машиноведения имени Благонравова РАН предложили подход, который помогает определить оптимальную продолжительность регистрации переменных нагрузок при оценке долговечности деталей машин. Результаты исследования опубликованы в International Journal of Plasticity.
Проблема хорошо известна инженерам: чтобы понять, сколько прослужит деталь, необходимо измерять реальные эксплуатационные нагрузки. Однако слишком короткая запись может привести к ошибкам, а чрезмерно длинная требует лишних затрат времени и ресурсов. Исследователи показали, как определить момент, после которого дальнейшее накопление данных практически не влияет на расчетный ресурс детали.
В основе работы лежит анализ случайных процессов нагружения с использованием метода так называемого подсчета циклов «дождевого потока» (rainflow counting) и моделей накопления усталостных повреждений. Ученые сформулировали математические условия, позволяющие установить достаточную длительность процесса — то есть такой интервал наблюдений, после которого увеличение объема данных уже не приводит к заметному изменению расчетной долговечности.
В ходе экспериментов авторы выяснили, как образцы стали марки 20, широко используемой в машиностроении, реагируют на неравномерные неоднократные нагрузки, создав численную модель перехода материала от режима деформирования к стабильному состоянию. Они взяли стальные стержни, похожие на обычные карандаши, и образцы в форме гантели. В гантелях нагрузки сосредотачивались в самом узком месте.
Источник: hi-tech.mail.ru