11.4. Рекомендуемые методы оценки вибропрочности элементов конструкций

Одним из критериев обеспечения вибропрочности является условие отстройки собственных частот колебаний элементов конструкций от определяемых в разд. 11.2 дискретных частот детерминированного возбуждения.

Условие отстройки собственных частот для первых трех форм колебаний элементов конструкций в каждой плоскости записывается в виде

_i /  1,3, или _i /  0,7, (11.11)

где _i — низшая собственная частота колебаний (i = 1; 2; 3);  — характерная частота возбуждения.

Для более высоких форм колебаний при наличии высокочастотных возбудителей вибраций условие отстройки имеет следующий вид:

_i /  1,1, или _i /  0,9 (i = 4; 5; …). (11.12)

В случае невозможности выполнения условий (11.11) и (11.12) необходимо показать, что уровни вибраций элементов конструкции находятся в допустимых пределах.

Для исключения возможных соударений однотипных элементов конструкций, объединенных в группы (пакеты), принимают условие, удовлетворяющее неравенству

A < (t – d)/2, (11.13)

где А — максимальная амплитуда виброперемещений элемента; t — шаг элементов с наибольшим размером d в поперечном сечении.

Для произвольных элементов, расположенных с зазором , условие (11.13) принимает вид

|A₁| + |A₂| < , (11.14)

где A₁ и A₂ — амплитуды виброперемещений соответствующих элементов. Для колебательных процессов, имеющих случайный характер, значения амплитуд А, A₁ и A₂ устанавливаются с учетом их рассеивания с заданной вероятностью; например, для нормального закона распределения при вероятности 0,997 значения амплитуд принимаются равными Ā + 3, где  — среднеквадратическое отклонение от среднего значения Ā.

Расчетную оценку долговечности элементов конструкций при наложении на основной цикл нагружения вибронапряжений проводят по методике, изложенной в нормах [1]. При расчете повреждения а₂ в случае узкополосного спектра используются максимальная среднеквадратическая амплитуда высокочастотных местных напряжений и соответствующая ей частота.

При широкополосном спектре значение а₂ устанавливается как сумма повреждений для тех амплитуд местных напряжений и соответствующих им частот, которые вызывают повреждения более 10 % максимального повреждения на одном из сочетаний амплитуды — частоты из всего спектра. Асимметрию цикла определяют с учетом среднего напряжения, которое принимают равным постоянному местному напряжению от механических и тепловых нагрузок с включением остаточных напряжений растяжения.

Повреждение находят с учетом трех максимальных амплитуд высокочастотных напряжений без учета концентрации _а₁, _а₂, _а₃ и соответствующих им частот f₁, f₂, f₃ для каждого типа цикла переменного напряжения на переходных режимах. Для низкочастотного цикла i-го типа по формулам норм [1, см. разд. 5.6.20] определяются значения _1i, _2i, _3i, а при для показателя повреждения () соответствующее значение _i также рассчитывается по известной формуле [1, см. (5.43)].

Долю повреждения находят также по нормам [1] с учетом максимальной амплитуды высокочастотного напряжения при прохождении резонанса. Число циклов устанавливают с учетом времени эксплуатации в условиях резонанса. Асимметрия цикла высокочастотного нагружения определяется местным напряжением от механических и тепловых нагрузок при эксплуатации с учетом остаточных напряжений растяжения для середины интервала времени, соответствующего резонансу.