Металлоконструкций локомотивов

8.5.1 Расчеты несущих конструкций локомотивов на циклическую долговечность выполняют:

- для оценки ожидаемого ресурса при проектировании;

- для оценки возможности продления назначенного срока службы (расчет остаточного ресурса);

- при изменении нагруженности.

8.5.2 Расчет долговечности (ресурса) проводят на основе гипотезы линейного суммирования повреждений.

Необходимыми исходными данными для расчета долговечности являются:

- результаты исследования напряженно-деформированного состояния детали, полученные расчетным либо экспериментальным путем;

- блок эксплуатационных нагрузок (например, в течение 1 года работы, 1 км пробега), полученный по результатам математического моделирования либо по результатам динамико-прочностных испытаний опытного образца локомотива и представленный в виде ступенчатой функции распределения амплитуд динамических напряжений, заданной парой чисел ( , t_i), где – амплитуда напряжений i-го уровня, отнесенная к максимальному напряжению блока; t_i – доля напряжений i-го уровня в общем блоке;

- параметры кривой усталости (предел выносливости σ_–1∂, точка перелома N_G и показатели степени наклона прямых, аппроксимирующих кривую усталости m₁ и m₂).

8.5.3 Если кривая усталости аппроксимирована наклонной и горизонтальной прямыми линиями, т. е. m₂ = 0, то напряжения менее 0,5σ_–1∂ в расчете не учитывают и используют уравнение

, (8.21)

где N_сум – суммарное количество циклов за срок службы детали;

N_G – число циклов, соответствующее точке перелома кривой усталости;

a_p – параметр, корректирующий линейную гипотезу накопления повреждений при нерегулярном нагружении, для локомотивных конструкций принимают равным 0,5 – 1,0;

n_p – коэффициент перегрузки.

П р и м е ч а н и я:

1 Согласно корректированной линейной гипотезе накопления повреждений условие разрушения имеет вид

.

2 Коэффициент перегрузки определяется соотношением

,

где – максимальное напряжение в предельном блоке нагружения, который подобен действующему и вызывает разрушение при числе циклов N_сум.

Уравнение (8.21) позволяет определить медианное (соответствующее вероятности разрушения 50 %) число циклов.

8.5.4 Для расчета долговечности, соответствующей вероятности разрушения p, используют формулу

, (8.22)

где U_p – квантиль нормального распределения, соответствующая вероятности разрушения p, %;

– относительный коэффициент запаса;

– коэффициенты вариации нормально распределенных величин предела выносливости σ_–1∂ и максимального напряжения σ_amax в действующем блоке нагружения.

Коэффициенты вариации при расчете принимают равными 0,10 – 0,15.

Относительный коэффициент запаса вычисляют по формуле

, (8.23)

где – действительный коэффициент нагруженности детали.

8.5.5 Для кривой усталости, аппроксимируемой двумя наклонными прямыми линиями с показателями наклона m₁ и m₂, используют уравнение, аналогичное уравнению (8.21):

(8.24)

В этом случае при расчете учитывают все напряжения из блока нагружения.

8.5.6 Порядок расчета:

- по уравнениям (8.21) или (8.24) строят кривую зависимости суммарного числа циклов от коэффициента перегрузки n_p;

- по этой кривой для заданного срока службы, выраженного суммарным числом циклов N_сум, определяют соответствующее значение n_p;

- вычисляют значения действительного коэффициента нагруженности K_Н и относительного коэффициента запаса по (8.23);

- по формуле (8.22) вычисляют значения квантилей U_p, и по таблице нормального закона распределения определяют вероятность разрушения p или безотказной работы (1 – p).

8.5.7 Рассчитанная вероятность разрушения базовой части p в течение назначенного срока службы должна быть не более 10^-4 (0,01 %).

8.5.8 Расчет может быть выполнен в обратном порядке, т. е., задавшись вероятностью разрушения детали p = 0,0001, по уравнениям (8.21) или (8.24), формулам (8.22) и (8.23) определяют долговечность N_сум, соответствующую этой вероятности.

Пример расчета долговечности приведен в приложении В.