Тема 2-13. Исследование несущей способности конструкционных материалов и покрытий в зависимости от условий нагружения

Повышение надежности и безопасности машин и технических систем связано связано с разработкой уточненных методов расчета на прочность, которые базируются на выявлении закономерностей деформирования и разрушения материалов и покрытий в условиях эксплуатации. Кинетика деформирования и разрушения материалов определяется их структурным состоянием. Закономерности накопления повреждений в материала при нагружении позволяют надежно назначать исходный ресурс изделий ответственного назначения и обосновывать продление ресурса. Ограничение ресурса эксплуатации нагруженных сопряжений связано с уровнем изнашивания поверхностного слоя, что приводит к изменению формы контакта, распределения контактных напряжений и существенному ухудшению динамических показателей. Поэтому рассмотрение и оценка ресурса изделий с позиций изнашивания и структурного состояния является актуальной задачей. Получение новых фундаментальных соотношений и критериев предельного состояния полимерных композитах и элементов из них в условиях комплексных длительно действующих и динамических нагрузок, позволяющих учитывать влияние некоторых эксплуатационных факторов. Традиционные методы проектирования производства деталей базируются на применении, в зависимости от серийности, единичной, типовой и групповой технологий. В условиях единичного и мелкосерийного производства производственные участки и рабочие места организуются под технологическую специализацию; в среднесерийном производстве участки организуются под предметную специализацию, а рабочие места под технологическую специализацию; в условиях массового производства и участки, и рабочие места организуются под предметную специализацию. Наивысшая эффективность производства достигается в массовом производстве за счет использования поточного метода. Применение модульной технологии позволяет использовать поточный метод во всех типах производства, в том числе и в многономенклатурном разносерийном производстве. Целью исследования является изучение связи структурного состояния материалов металлических и композиционных), а также покрытий с прочностными и трибологическими свойствами и закономерностей их деградации в условиях эксплуатации. Разработка критериев и моделей накопления повреждений материалов и покрытий (в том числе наноструктурированных композитных материалов и алмазоподобных покрытий) на нано-микро-макроуровнях в связи с условиями нагружения. Разработка параметров структурного состояния материала, определяющего динамические показатели работы нагруженных сопряжений, для оценки уровня изнашивания и его допустимых пределов. Разработка расчетно-экспериментальных методов анализа и прогнозирования механических свойств полимерных композитов и элементов из них при переменных во времени нагрузках. Развитие неразрушающих методов исследования физико-механических свойств стеклопластиков. Повышение эффективности производства деталей. Быстрая смена выпускаемых деталей, изменение их серийности, а так же повышение требований к их качеству приводят к резкому росту трудоемкости технологической подготовки производства и увеличению ее сроков. В этих условиях традиционные методы проектирования производства деталей увеличивают сроки создания производств, препятствуют повышению эффективности производства деталей. Поэтому необходимы новые методы проектирования производства деталей. Задачи: Экспериментальное исследование релаксационных процессов при циклическом упругопластическом деформировании конструкционных материалов. Разработка методов расчета повреждаемости элементов конструкций на основе структурных моделей с учетом силовой нагруженности. Проведение сравнительного анализа особенностей структурно-фазового состояния и трибологического поведения ионно-плазменных покрытий с композитной структурой. Разработка моделей технического состояния механических систем при действии различных эксплуатационных факторов с учетом деградации их прочностных характеристик и рассеяния нагрузочных режимов. Исследования влияния характеристик модифицированной структуры поверхностных слоев на формирование эксплуатационных свойств конструкционных сталей и сплавов. Исследование динамики элементов конструкций авиационно-космической ракетной техники при комплексных воздействиях вибродинамических нагрузок и повышенных температур, соответствующих различным этапам эксплуатации. Решение задач идентификации механических свойств полимерных композитов, позволяющих с помощью ограничеснного набора параметров выполнять расчет и прогнозирование механических свойств в условиях широкого спектра внешних воздействий. Предполагается дальнейшее развитие методов неразрушающего контроля состояния композитов и элементов из них. Разработка методов проектирования производства деталей с использованием принципов модульной технологии. Разработка метода формирования программы выпуска деталей на модульном уровне; разработка метода выбора деталей-представителей; разработка метода определения требуемого уровня специализации рабочих мест; разработка метода обеспечения гибкости производственного процесса посредством изменения маршрута движения заготовок по рабочим местам. Предполагаемые результаты: Будут разработаны методы расчета кинетики накопления повреждений в элементах конструкций с учетом роли структурных составляющих. На основе сравнительного анализа структурно-фазового состояния и функциональных свойств различных вакуумных ионно-плазменных покрытий, обладающих композитной структурой, будут оценены их трибологические свойства. На основе разработанной модели будет оценено влияние рассеяния нагрузочных режимов на условия накопления повреждений в конструкционных материалах. Научные положения о фундаментальной зависимости динамических показателей сопряжений от состава материала, характеристик обработки поверхностного слоя, свойств смазочной среды. Экспериментальные результаты оценок характеристик свойств поверхностных слоев конструкционных материалов и их роли в установлении уровня эксплуатационных свойств изделий. Повышение контроля качества и надежности высоконагруженных элементов конструкций из полимерных композитных материалов. Возможность идентификации механических свойств материалов с последующей паспортизацией. Метод проектирования производства деталей на принципах модульной технологии.