2. Физическая сущность изменения надежности конструктивных элементов автомобилей при их эксплуатации

5.1. Причины потери работоспособности элементов машин

Причины отказа - это события, явления, процессы и состояния, обусловившие возникновение отказа.

Событиями, приводящими к отказам, могут быть: возникновение перегрузки, попадание абразива в смазочные жидкости, схватывание сопрягаемых поверхностей, нарушение режима и правил эксплуатации.

К явлениям, вызывающим отказ детали, можно отнести: износ, деформацию, разупрочнение поверхности и т.д.

Отдельные явления приводят к возникновению процессов: изнашивание, коррозия, старение материала и т.д.

Состояниями изделия, повлекшим за собой его отказ, могут быть: отсутствие защиты от пыли, абразива и влаги, наличие концентраторов напряжений, трещины, дефекты сборки и т.д.

Потери работоспособности элементов машин в процессе эксплуатации обусловлены в основном отказами, возникающими в результате нарушения установленных правил и (или) условий эксплуатации.

При определении причин отказов в первую очередь должен быть произведен анализ режимов и условий эксплуатации, действующих нагрузок.

Основной причиной эксплуатационных отказов автомобилей является действие нагрузок. Действующие на автомобиль нагрузки могут быть подразделены на две группы:

1. нагрузки, обусловленные внешними воздействующими факторами;

2. нагрузки, возникающие при функционировании самого изделия.

Для деталей автомобилей типичны механические и тепловые нагрузки. Изделие подвергается, как привило, одновременному воздействию нескольких видов нагрузок. Их действие может быть взаимозависимо (например, тепловая деформация и возникшая из-за этого механическая нагрузка).

2. Физико-химические процессы разрушения материалов

Материалы большинства изделий технических объектов представляют собой твердые тела кристаллической структуры. Во всех используемых в автомобильной промышленности деталях имеются элементарные дефекты кристаллической структуры, которые при определенных критических условиях могут служить причиной отказа. Под воздействием тепла и иных физических факторов элементарные дефекты могут разрастаться и перемещаться, что приводит к деформации элемента и его последующему разрушению.

Наиболее типичными являются точечные дефекты (вакансии и др.) и пространственные (одно- двух- и трехмерные дефекты: пустоты, включения и т.д.).

Для изделий автомобильной промышленности наиболее распространенным типом точечного дефекта являются вакансии (свободный, незанятый атомом, узел кристаллической решетки), которые оказывают решающее влияние на процессы, связанные с переносом атомов внутри материала.

2. Старение материалов

Старение материалов – процесс постепенного и непрерывного изменения физико-химических свойств материала во времени.

Как правило, старение материалов приводит к ухудшению параметров изделия.

2. Отказы по параметрам прочности

Прочность – свойство материала сопротивляться разрушению и изменять форму под воздействием внешних и внутренних нагрузок.

Деформация – изменение формы или размеров изделия под воздействием внешних сил, при изменении температуры, влажности и иных параметрах внешней среды. Упругая деформация – деформация, исчезающая после устранения внешнего воздействия на изделие; пластическая деформация - деформация, остающаяся после снятия нагрузки.

Отказом по параметрам прочности могут быть разрушение изделия или получение недопустимой величины деформации.

Отказы по параметрам прочности чаще всего связаны с изломом, которые подразделяются на хрупкие и вязкие. Под хрупким изломом понимают излом без видимых признаков макроскопических пластических деформаций. Такое разрушение распространяется с большой скоростью, сопоставимой со скоростью распространения звука в данном материале. Т.е. возникает практически мгновенно. Пластическому излому предшествует пластическая деформация в месте будущего излома.

При работе изделия в условиях высоких температур важной характеристикой прочностной надежности является ресурс по ползучести. Ползучесть – явление непрерывной деформации материала при высоких температурах под воздействием постоянных напряжений. В результате ползучести происходит ослабление сопротивляемости материала внешним нагрузкам.