Издание предназначено для научных сотрудников и инженеров, занимающихся расчетами надежности и планированием испытаний механических конструкций, а также может служить учебным пособием для студентов и аспирантов, изучающих курс «Надежность технических систем».

УДК 62-1.019.3 ББК 30.14

ISBN 978-5-9515-0462-3  Билык Н. А., 2021

 ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2021

343

Надежность (ГОСТ 27.002-2015) – свойство объекта сохранять в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, хранения и транспортирования.

Прочностная надежность характеризуется вероятностью того, что в процессе эксплуатации и применения не будет достигнуто предельное состояние конструкции. Это может быть разрушение детали (узла), появление недопустимых

перемещений, оплавление

деталей, потеря герметичности узла и т. п.

Надежность изделия (объекта) при заданном внешнем воздействии является внутренним свойством самого изделия и определяется совершенством выбранных конструктивных решений, отработанностью технологических процессов, качеством используемых материалов. Уже на ранних этапах проектирования конструктор должен научно обоснованно подойти к созданию конструкции. Для этого он должен иметь документ, который регламентировал бы требования по прочности конструкции и ее узлов, обеспечивающие требования по надежности. Таким документом являются нормы прочности.

Одна из составных задач норм прочности – назначение испытательных нагрузок или коэффициентов запаса прочности на требуемые по техническому заданию нагрузки, при которых выполняются требования

по надежности.

Проблемы обеспечения прочностной надежности изделия решаются на этапах технического предложения, эскизного проекта, лабораторной конструкторско-технологической отработки [1, 2]. На первых двух этапах создается конструкция и предварительно решаются вопросы ее прочности, на третьем этапе оценивается прочность изделия, определяются коэффициенты запаса прочности, которые сравниваются с коэффициентами безопасности,

и при необходимости прово-

дится доработка конструктивных решений.

Введение

Коэффициентом безопасности назовем минимально необходимый коэффициент запаса прочности, при котором еще выполняются требования по надежности.

Коэффициенты безопасности в практике расчетно-теоретических оценок прочности и экспериментальной отработки механических конструкций назначаются на основе вероятностно-статистических методов или детерминированно.

Детерминированный метод назначения коэффициентов безопасности используется в машино-, самолето

-, ракетостроении

[3, 4], Американским обществом инженеров-механиков при проек-

тировании котлов и сосудов высокого давления [5] и в других отраслях. Он основан на систематическом изучении запасов прочности, которые содержатся в уже существующих конструкциях. Практика проектирования, изготовления и эксплуатации представляет гигантский эксперимент, в процессе которого выбираются оптимальные во всех отношениях

конструкции. По этой причине нормы прочности, как бы они ни были нелогичны с научной точки зрения, будут давать правильные рекомендации, если учитывают опыт предыдущих лет и обладают надлежащей преемственностью. Однако здесь необходимы волевые решения и отсутствует количественная связь с надежностью.

Детерминированный подход может быть применен к конст-

рукциям массового

производства, когда имеется большой опыт проектирования, изготовления и эксплуатации конструкцийаналогов. Однако такой подход нежелателен для механических конструкций, не имеющих опыта массового применения. В этом случае только вероятностно-статистический подход сможет дать правильный ответ о значении коэффициента безопасности и позволит повысить эффективность эксплуатации изделий.

Методы теории вероятностей и математической статистики при исследовании прочности строительных конструкций использовались с 1926–1935 гг. в работах Майера [6], Н. Ф. Хоциалова [7], Н. С. Стрелецкого [8], А. Р. Ржаницына [9] при обосновании коэффициентов запаса прочности сооружений. При этом решалась обратная задача надежности, где вероятность разрушения конструкции чисто условная и служит мерой риска при сравнении нескольких

конструкций. В работах Р. А. Муллера [10], В. В. Кураева [11]

Введение

положено начало исследованиям статистических свойств механических характеристик конструкционных материалов. Дальнейшее развитие эти работы получили в трудах В. В. Болотина [12], С. В. Серенсена, В. П. Когаева [13], а в 1970–1980 гг. начали освещаться в книгах по специальным отраслям, а именно корабле-, авиа-, ракетостроению и др. [1, 4, 15–17], в которых учитывались особенности эксплуатации и нагружения

конструкций. Для авиационной промышленности А. А. Кузнецов и др. опубликовали справочник по вероятностным характеристикам прочности авиационных материалов [18].

Оценка надежности элементов конструкции по результатам испытаний с коэффициентами запаса прочности при известных функциях распределения предельных и действующих нагрузок рассматривалась в работах [1, 4, 14–18], однако в них практически не затрагиваются объемы испытаний.

Дорогостоящие конструкции отрабатываются на единичных образцах. Связь коэффициентов запаса прочности конструкций с объемом испытаний на надежность при требованиях по надежности систематически начали изучать в конце 1970-х – начале 1980-х гг. Это работы Р. С. Судакова, А. Н. Чеканова [19] на основе толерантных пределов, Р. С. Судакова [20, 21], О. И. Тескина и др. [22, 23] с использованием

непараметрических и параметрических методов. Автор данной монографии предложил учитывать объем испытаний при назначении коэффициентов запаса прочности для подтверждения требуемой надежности в 1971 г. [24, 25]. Предложенный подход учитывает многообразие факторов, влияющих на показатель надежности или коэффициент безопасности, а именно случайность действующей, предельной и испытательных нагрузок, объем испытаний, испытание узлов в

системе и макетов и т. п. Благодаря простоте данного подхода на его основе стало возможным разработать набор планов оценки показателей надежности и планов испытаний на надежность, которые либо просты с вычислительной точки зрения, либо для них составлены номограммы. Коэффициенты безопасности, представленные автором, вычисляются в виде произведения ряда коэффициентов, учитывающих

требования по надежности, неполноту

информации в испытаниях и т. п. В отличие от И. А. Одинга [3], на-

Введение

значавшего коэффициенты детерминированно, автор оценивает их с вероятностно-статистической точки зрения [25].

В монографии приведены решения вероятностно-статистических задач прочности, рассматриваются планирование испытаний на надежность и увязка коэффициентов запаса прочности с требованиями по надежности при единичных испытаниях механических систем в процессе разработки. Даны обоснования инвариантов распределения предельных нагрузок

при различных скоростях нагружения элементов и механической системы в целом. Представлены методы оценки коэффициентов безопасности при зависимых и независимых испытаниях узлов конструкции в целом для подтверждения надежности при однократном и многократном нагружении системы.

Благодарности

Автор благодарен за постоянное внимание к работе доктору

технических наук, профессору Д. А. Фишману,

кандидату технических наук Ю. А. Поздееву, кандидату физико-математических наук Ю. Н. Кузяеву; сотрудникам отдела Т. В. Цой, Т. Н. Артемьевой – за помощь в оформлении работы.

1 / 121 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Оглавление

Введение