7.4. Старение

Повреждение относится к неметаллическим элементам машины: резино-техническим изделиям, стёклам, пластикам, лакокрасочным покрытиям, которые теряют эластичность, растрескиваются, выцветают и др.

Повреждение этих элементов, хотя и довольно редко приводит к отказали, но проявляются они на снижении эффективности работы объекта.

Факторам, определяющим старение, являются солнечная радиация, и испытания на оценку этого свойства относятся к желательным. Для испытания на эти свойства строятся камеры солнечной радиации с повышенным содержанием азота, который является катализатором для солнечной радиации.

8. Теоретические основы планирования оптимальных форсированных испытании

Математическая постановка задачи

При планировании испытаний с использованием форсированных режимов приходится учитывать многочисленные факторы, обусловленные совершенством и изученностью конструкции испытываемой машины, её предназначением к эксплуатации, изветвительностью к перегрузкам, различного вида повреждений, режимами работы, обслуживанием, ремонтом, загруженностью испытательных сооружений и т.д.

Учёт этих многочисленных, подчас противоречивых обстоятельств возможен математической моделью, воспроизводящей с большей или меньшей полнотой основные общие черты планируемого процесса испытаний. Для построения такой модели испытаний рассматривают прежде всего такие средства и факторы, определяющие условия работы объекта испытаний, зоны и характер возможной повреждаемости его конструкции, технологический процесс выполнения работы, различные ограничения, следующие из конкретных условий функционирования изделий, из принятой теории формирования и описания процессов накопления повреждений выбранных элементов конструкции и другие, возникающие при планировании испытаний. В математические модели включаются такие виды повреждений, которые имеют свойство постепенно накапливаться в элементах конструкции машины, это усталостные повреждения, износы, коррозия, старение, количественные характеристики которых м.б. получены теоретически или экспериментально.

Повреждения, наступившие в результате перегрузок целесообразно реализовать помимо модели путём создания экстремальных эпизодов из числа встречаемых в эксплуатации.

Необходимо подчеркнуть, что усталостные повреждения включается в построение модели как основной фактор, потому что, как показало обобщение материалов испытаний, в основу разрушения по причине усталости и износа включается переменные напряжения.

Условия работы объектов испытаний.

Характеризуются направленностью воздействия на элементы конструкции, предписываемыми режимом работы, условием чередования режимов и перерывов в работе, частотой и объемом обслуживания и другими обстоятельствами в условиях отдельного режима.

Зоны ожидаемой повреждаемости.

Могут определяться по материалам наблюдений за объектом эксплуатации, по материалам предыдущих испытаний, по данным предварительных лабораторных исследований, выявляющих более нагруженные зоны, по соглашению, основанному с известными аналогами и на основе инженерной интуиции.

Эти зоны характеризуются удельными (на единицу работы изделия) показателями накопления повреждения в них при испытаниях и в эксплуатации. Эти сопоставимые показатели, например, усталостные повреждения по выбранным зонам, определяются краткими лабораторными исследованиями объекта в условиях его функционирования и другими способами, позволяющими количественно охарактеризовать повреждающее воздействие режима на машину.

Для построения основной модели испытаний, учитывающий его главные параметры (т.е. время работы на каждом отдельном режиме, повреждаемость в зоне конструкции) вводятся следующие обозначения:

j – порядковый номер специального режима испытаний из n, выбранных из расчёта [n – общее количество испытаний] Возможного более широкого охвата воздействия факторов на объект.

i – порядковый номер типовых режимов работы объекта в эксплуатации из общего их количества “e”

к – порядковый номер зоны известной или ожидаемой эксплуатационной повреждаемости конструкции из общего количества “р” на данном объекте

При этом j=1,2,3…n

i=1,2,3…e

к=1,2,3…p

используя эти обозначения как индексы, можно основные показатели, характеризующие режимы и его воздействие на объект испытаний можно выразить в следующем виде:

X_ji – протяженность (время работы на режимах ij - типа)

V_j – скорость проведения режима в j-м режиме, предписанном действующими методичками или рекомендуемыми инструкциями

t_j – удельный показатель суммарных потерь времени при испытаниях в j –м режиме к единице работы объекта

F_кj – удельный сопоставимый показатель накопления повреждений к-й зоны конструкции при работе в j – м режиме с заданными для формированных испытаний скоростями.

F_кi ‘– тоже при работе в эксплуатации.

S_o – ресурс машины, предписываемый техническими условиями

– коэффициент разбивки общей работы на режимах i – го типа или доля общей работы изделия в ресурсе S_о.

μ_i – коэффициент разбивки общей работы на режимах i-ого типа или доля общей работы изделия в ресурсе S_o.

Х_o – общая протяжённость работы изделия на различных режимах при испытаниях

T_o – общее время испытаний

В этих обозначениях удельные показатели t_j выражают неизбежные потери времени, связанные с технологическими возможностями испытательной базы, с технологией перехода на новый режим испытаний, с техникой безопасности, с обслуживанием испытательного оборудования и др. Формально, запись ограничений, накладываемых на процесс испытаний может быть представлена в виде условий полного равенства накопленных повреждений к концу планируемых испытаний в формированном режиме с эксплуатационными. Эти условия выражаются для рассматриваемой зоны повреждения в виде следующих уравнений.

(8.1)

Или в сокращенном виде:

В зависимости от располагаемой вычислительной технике и формы стандартных программ, вычисление системы уравнений м.б. представлено в виде неравенств за счет задания погрешности вычисления повреждений в каждой рассматриваемой зоне конструкции в виде:

(8.2), где δ– заданная погрешность в сотых долях.

Дополнительными условиями математической постановки задачи являются положительные значения планируемых режимов Х_j ≥ 0 (8.3)

Образованное этими уравнениями или неравенствами система при условии p < n (число агрегатов < число уравнений)

Система имеет множество положительных решений относительно Х_j. Совокупность режимов: Х₁…Х_n представляет собой план испытаний на режимах.

Для получения оптимального плана распределения испытаний по режимам, их протяженности, необходимо установить критерии оптимизация.

Такими критериями могут быть:

Время, затраченное на испытания, стоимость и суммарная протяжённость испытаний и др. Если критерий выбран, то качество планируемых испытаний характеризуется целевой функцией, которая в рамках линейной постановки может быть выражена в виде: (8.4) – общее время испытаний.

Математическая формулировка задачи состоит в том, что необходимо при ограничениях 8.1 (8.2) и 8.3. Найти такие значения Х_j для которых функция 8.4 принимает min значение.

К решению таких задач линейного программирования посвящено значительное количество теоретических и прикладных задач, в которых и применяемая вычислительная техника.

Расчёт с малым количеством неизвестных и вводимых ограничений производится с помощью обычных счётных инструментов, с увеличением же количества режимов больше 3-х вычислительные трудности редко возрастают и для оптимального программирования требуются ЭВМ для которых разработаны стандартные программы. Данный метод широко раскрывает возможности планирования.

Так, например, при разработке оптимального плана испытаний, когда испытывается 1 или 2 узла в машине, возможно, составить программу испытаний таким образом, что воздействие будет направлено на эти узлы, а остальные защищены от повреждения.

Особенности постановки задач для проверки эффективности конструктивно – технологических мероприятий.

По результатам испытаний завод – изготовитель разрабатывает мероприятия для проверки которых в ряде случаев организуются специальные испытания, проводимые, как правило, в формированном режиме.

Дл проведения таких испытаний опытные элементы устанавливаются на стенд, либо испытываются в составе полнокомплектной машины. В последнем случае режим выбирается такой, который обеспечивает формированное воздействие на опытный узел, но вместе с ним формированному воздействию подвергаются смежные узлы и агрегаты, которые разрушаются не менее интенсивно, чем опытный узел, т.е. резко повышается разрушение всей машины, и в чем опытные узлы, т.е. резко возрастает объём ремонта всей машины, увеличивая время и стоимость испытаний. Положение усугубляется ещё и тем, что на такие испытания выделяются машины уже прошедшие ресурсные испытания и частично отработавшие свой ресурс. Очевидно, условия испытаний будут оптимальные, если воздействие на машину будет такого, что к моменту накопления опытным узлом достаточного для проверки конструкции повреждающего воздействие, смежные узлы получают уровень повреждений недостаточный для их отказа, т.е. автомобили по смежным узлам ещё не имеют разрушений.

Постановка такой задачи осуществляется следующим образом:

Предположим, форсированным испытаниям должен быть подвергнут форсированный к-й элемент, ресурс которого задан ТУ, нужно выбрать такое сочетание из N_jх режимов нагружения, чтобы к концу испытаний в к-м элементе накопился одинаковый с эксплуатационным уровень повреждений, но при этом смежные с к-м элементы, потенциально предрасположенные к разрушения сохраняли бы своего работоспособность.

Формально запись ограничений, накладываемых на процесс испытаний к-ого элемента описывается по аналогии с уравнением 1 представляется в следующем виде.

(8.6)

(8,7) – запись же ограничений на повреждаемость смежного нютого (ν-го) элемента представляется в этом виде.

Где F_jν – удельный сопоставимый показатель накопления повреждения в ν- х конструкциях при работе на j – м и (i - м) режимах.

Понятие намного меньше определяется уровнем накопленного повреждения к концу испытаний на элементах ν, при котором имеется уверенность в сохранении их работоспособности.

А целевая функция принимается в виде 8.4 (T_o).

Совместное решение неравенства (8.6, 8.7) при минимизации целевой функции 8.4. дает оптимальный план испытаний, по которому будет проверка надежность опытного элемента к и до минимума сведена повреждаемость машины в целом.

Вообще, оценивая метод оптимизации в целом, возможно решение практически любых задач, возникающих при планировании испытаний,

Например:

- Воспроизвести какой – либо один вид разрушений,

- применить ориентировочные показатели воздействия факторов на объект (в т. ч. субъективные)

- испытать на одном объекте несколько систем и другие возможные случаи.