Разработка методологии оценивания характеристик сопротивления усталости и живучести колес транспортных средств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.06, доктор технических наук Лисин, Александр Николаевич

• Лисин, Александр Николаевич
• доктор технических наук
• 2012

Оглавление диссертации доктор технических наук Лисин, Александр Николаевич

Введение

Актуальность работы

Цель работы

Методы исследования, использованные в работе

Научная новизна работы

Выносимые на защиту положения

Практическая значимость работы

Достоверность научных выводов и рекомендаций подтверждена

Апробация работы

Публикации. Структура и объем диссертации

Глава 1. Анализ состояния проблем расчетно-экспериментального обоснования ресурса и надежности колес транспортных средств

1.1. Анализ проблем оценивания характеристик сопротивления усталости авиационных и автомобильных колес

1.1.1. Базовый метод оценивания характеристик сопротивления усталости и надежности авиационных колес

1.1.2. Базовый метод оценивания характеристик сопротивления усталости и надежности автомобильных колес

1.2. Анализ статистических теорий сопротивления усталости

1.2.1. Статистическая теория усталостной прочности металлов

1.2.2. Статистическая теория микроскопически неоднородной среды

1.2.3. Статистическая теория наиболее слабого звена

1.3. Влияние конструкционных, технологических и эксплуата-циионных факторов на сопротивление усталости колес

1.4. Анализ проблем оценки живучести и надежности авиационных и автомобильных колес

1.4.1. Анализ экспериментальных данных по исследованию циклической и статической трещиностойкости сплавов, используемых для изготовления авиационных и автомобильных колес

1.4.2. Обоснование критических размеров усталостных трещин с учетом характеристик трещиностойкости.

1.4.3. Оценивание параметров кинетических моделей 98 1.5. Вопрос цена/качество при производстве и эксплуатации колес транспортных средств

Выводы по главе 1.

Глава 2. Экспериментальные исследования характеристик сопротивления усталости и живучести колес

2.1. Экспериментальные исследования характеристик сопротивления усталости авиационных и автомобильных колес в связи с влиянием конструкционных, эксплуатационных и технологических факторов

2.1.1. Влияние асимметрии цикла, концентрации, градиента напряжений и масштабного фактора на сопротивление усталости сплавов, используемых для изготовления авиационных и автомобильных колес

2.1.2. Влияние перегрузок, наработки, перегревов и поверхностного пластического деформирования (1111Д) вида напряженного состояния на сопротивление усталости сплавов, используемых для изготовления авиационных и автомобильных колес

2.2. Экспериментальные исследования характеристик живучести и надежности авиационных и автомобильных колес

2.2.1. Влияние уровня, асимметрии цикла,.градиента и нерегулярности напряжений на кинетику усталостных трещин

2.2.2. Исследования статической трещиностойкости легких конструкционных материалов, используемых для изготовления авиационных и автомобильных колес

Выводы по главе

Глава 3. Расчетно-экспериментальные методы оценки сопротивления усталости живучести и надежности колес транспортных средств

3.1. Расчетно-экспериментальное обоснование сопротивления усталости барабанов авиационных колес с применением статистических теорий прочности

3.1.1. Обоснование кривых усталости различных зон барабанов по результатам испытаний образцов и моделей-имитаторов

3.1.2. Обоснование кривых усталости различных зон барабанов по результатам испытаний авиационных колес

3.1.3. Обоснование кривых усталости различных зон барабанов с учетом характеристик статической прочности и пластичности сплава

3.1.4. Точечное и интервальное оценивание квантильных кривых усталости барабанов с учетом рассеивания характеристик сопротивления усталости сплава

3.2. Прогнозирование сопротивления усталости барабанов авиационных колес с учетом поверхностного пластического деформирования

3.2.1. Одноосное напряженное состояние

3.2.2. Плоское напряженное состояние

3.3. Комплексное моделирование нагруженности барабана авиационного колеса

3.3.1. Модель накопления усталостных повреждений

3.3.2. Расчетно-экспериментальное обоснование связи нагруженности барабана с напряженностью расчетных зон

3.4. Расчетно-экспериментальное обоснование эксплуатационных свойств дисков автомобильных колес

3.4.1. Обоснование кривых усталости дисков автомобильных колес

3.4.2. Обоснование сопротивления дисков автомобильных колес косому удару

3.4.3. Комплексное прогнозирование сопротивления автомобильных колес усталости и косому удару

3.5. Расчетно-экспериментальное обоснование кривых усталости легких сплавов в связи с влиянием конструкционных и эксплуатационных факторов

3.5.1. Влияние асимметрии цикла, концентрации, градиента напряжений, масштабного фактора, вида нагружения и напряженного состояния на сопротивление усталости сплавов

3.5.2. Модель оценки накопления усталостных повреждений

3.6. Расчетно-экспериментальное обоснование живучести и надежности колес транспортных средств

3.6.1. Расчетно-экспериментальное обоснование живучести барабанов авиационных колес с учетом трещиностойкости сплавов

3.6.2. Расчетно-экспериментальное обоснование живучести барабанов с учетом поверхностного пластического деформирования

3.6.3. Методологические особенности расчетно - экспериментального оценивания живучести барабанов авиационных колес

3.7. Разработка методов контроля качества авиационных колес по критериям сопротивления усталости и трещиностойкости

3.7.1. Статистический анализ результатов входного контроля качества штамповок барабанов авиационных колес по статическим характеристикам прочности и пластичности сплавов

3.7.2. Разработка метода контроля качества полуфабрикатов по критерию сопротивления усталости

3.7.3. Разработка моделей оценки качества полуфабрикатов по критериям трещиностойкости

Выводы по главе 3.

Глава 4. Модели оптимизации параметров эксплуатации авиационных колес

4.1. Разработка моделей оптимизации параметров эксплуатации авиационных колес при использовании различных принципов обеспечения безопасности конструкции по условиям прочности

4.2. Модель оценки стабильности механических свойств полуфабрикатов по критерию сопротивления усталости

4.3. Пути совершенствования параметров эксплуатации колес транспортных средств (на примере авиационных колес)

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методологии оценивания характеристик сопротивления усталости и живучести колес транспортных средств»

Актуальность работы

В условиях острой конкуренции на рынке и интенсивной эксплуатации авиационной техники, происходит постоянное сокращение объемов экспериментальных данных, сроков ее ввода в эксплуатацию. Это в полной мере относится к авиационным колесам. Как следствие, запуск изделия в серийное производство предшествует необходимому анализу влияния технологии на изменения эксплуатационных свойств изделия. Необходимая последующая корректировка технологии опаздывает до выпуска опытной партии продукции.

Уровень современных расчетно-экспериментальных методов, связывающих эксплуатационные свойства, а именно, сопротивление усталости и живучесть авиационных колес с условиями нагружения, механическими свойствами полуфабрикатов, не достаточен для полного учёта факторов, влияющих на эти свойства. Разработка методологии, охватывающей комплекс методов оценивания сопротивления усталости и живучести авиационных колес, позволяет значительно сократить сроки их ввода в эксплуатацию.

Одним из важнейших подходов расчетно-экспериментального обоснования долговечности элементов конструкций авиационной техники, в том числе авиационных колёс, является применение статистических теорий прочности, предназначенных для прогнозирования долговечности по результатам испытаний образцов при ограниченных объемах натурных испытаний с последующим их сокращением.

Статистические теории, описывающие сопротивление элементов конструкций усталости требуют экспериментального определения параметров, которые изменяются в связи с вариацией свойств полуфабриката, геометрии конструкции, условий эксплуатации. Комплексное развитие, систематическое совершенствование и использование моделей этих теорий, в раМках единой методологии, позволяют, начиная с этапа проектирования, получить предварительные оценки их (моделей) параметров, характеристик эксплуатационных свойств изделия, а затем поэтапно приблизиться к их реальным значениям. При этом происходит накопление и обобщение априорной информации, которую можно использовать для изделий другого типа, но изготовленных из того же сплава, по той же технологии, что позволяет также сокращать сроки ввода изделий в эксплуатацию.

Существуют элементы конструкций (например, лопатки двигателей, корпуса плунжерных насосов и гидроагрегатов и т.п.), эксплуатация которых с усталостными трещинами исключена. Оценка их безопасного ресурса, получаемая с использованием статистических теорий прочности, по оценкам долговечности до момента зарождения усталостных трещин является актуальной задачей, значение которой возрастает по мере расширения использования таких механических систем в различных отраслях народного хозяйства. Однако до практического применения доведены только методы, использующие статистическую теорию наиболее слабого звена, имеющую ограничения. "Снятие" этих ограничений требует использования более общих теорий таких, как статистическая теория усталостной прочности металлов и статистическая теория микроскопически неоднородной среды, развиваемых в данной работе. Эти теории создавались почти одновременно со статистической теорией наиболее слабого звена, но обладали более сложным математическим аппаратом, использование которого во времена их создания в инженерной практике было невозможно. Современный уровень развития вычислительной техники, методов обработки результатов испытаний, анализа напряженно-деформированного состояния, позволяют использовать, развивать и внедрять в инженерную практику эти теории.

В ряде элементов конструкций транспортных средств (панели обшивки планера воздушного судна, барабаны авиационных колес, диски автомобильных колес) возможно появление усталостных трещин до ближайшего осмотра, с последующей их заменой или ремонтом. В этом случае не вырабатывается индивидуальная долговечность каждого элемента конструкции, что приводит к большим экономическим потерям. Их эксплуатация по принципу допустимости повреждения, позволяет использовать не выработанную индивидуальную долговечность каждого изделия, и, как следствие, целого парка однотипных изделий с соответствующим экономическим эффектом без снижения уровня безопасности.

Эксплуатация таких элементов может быть осуществлена при достаточной их эксплуатационной живучести, обеспечиваемой характеристиками трещиностойкости сплавов, методы оценивания которых развиваются в данной работе.

Существующие всегда экономические трудности и ограниченные сроки отработки изделий на эксплуатационных режимах нагружения требуют создания методов ускоренной оценки сопротивления усталости и трещиностойкости сплавов. В данной работе даны предложения, использующие статистические теории прочности при оценке сопротивления усталости, опирающиеся не только на форсирование испытаний, но и на учёт априорной информации в виде результатов испытаний образцов различного типоразмера, а также результатов ранее выполненных испытаний прототипов и аналогов авиационных колес. Это является значительным резервом для разработки методологии оценивания сопротивления усталости элементов конструкций различного назначения, поскольку в отраслях народного хозяйства применение методик оценки сопротивления усталости, базирующихся на статистических теориях прочности, ограничено.

В соответствии с Методами Определения Соответствия (МОС) нормативным требованиям АП25.571 обеспечение безопасности конструкции по условиям прочности при длительной эксплуатации осуществляется путем использования одного из трёх принципов: допустимость повреждения, безопасность разрушения (повреждения) и безопасный ресурс (срок службы). Учет этих принципов требует создания оптимизационных математических моделей их обоснованного выбора, учитывающего параметры сопротивления усталости и эксплуатационной живучести, отражающие конструкционные, технологические и эксплуатационные особенности элементов конструкций, в том числе авиационных колес. В данной работе разработаны оптимизационные модели, учитывающие нормативные требования и позволяющие на этапе проектирования элемента конструкции обосновать параметры его эксплуатации.

С развитием технологии алюминиевого литья оно успешно конкурирует со штамповкой в изготовлении дисков автомобильных колес. Для обеспечения конкурентоспособности диски должны удовлетворять требованиям прочности, весовой отдачи и дизайна. Поскольку характеристики механических свойств литейных сплавов существенно связаны с их структурой, распределением материала по объему колеса, то вопросы параметрической оценки связи структуры с механическими свойствами сплавов, и, как следствие, эксплуатационными свойствами дисков становятся актуальными. В такой ситуации эффективно использование методологии, использующей статистические теории прочности, применяемые при расчетах сопротивления усталости барабанов авиационных колес. При этом необходимо учитывать нормативные требования к автомобильным колёсам, изложенные в ГОСТ(е) Р 50511-93, особенности конструкций и условий эксплуатации дисков автомобильных колес с целью обеспечения их сопротивления усталости, а также сопротивления косому удару.

Конструктивное исполнение авиационных барабанов достаточно разнообразно (см. рис.В.1). Барабан авиационного колеса состоит из двух боковин или из боковины и реборды, соединяемых болтами при снаряжении колеса шиной. Боковина, в свою очередь, является деталью, имеющей условно, обод, диск и ступицу. Реборда является деталью, имеющей условно, обод и диск. Внутри большей боковины колеса расположен дисковый тормоз, неподвижные диски которого через пазы и выступы соединяются с осью, а подвижные - через пазы и выступы с направляющими, закрепленными на ободе.

Автомобильное колесо состоит из обода и диска, выполненных за одно целое литьем или горячей объемной штамповкой из легкого сплава (см. рис.В.2).

В настоящее время изготавливаются сборные автомобильные колеса, состоящие из, соединяемых болтами, обода и диска. Тормоз автомобильного колеса размещается внутри объема, закрываемого ободом. В зависимости от типа и назначения автомобиля изменяются тип и конструкция тормоза. От качества изготовления, прочности и надежности колес в большой степени зависит надежность работы шин и безопасность движения воздушного судна или автомобиля.

К авиационным колесам, являющимся важными элементами взлетно-посадочных устройств, ответственных за безопасность полетов, предъявляются высокие требования: минимальный вес, ограниченные габариты, высокая надежность, а также максимально возможный ресурс. Из многолетнего опыта эксплуатации следует тот факт, что при существующих запасах прочности статических разрушений авиационных колес не было, и ресурс барабанов полностью определялся их усталостной прочностью. Колеса из легких сплавов удовлетворительно работали на небольших воздушных судах, предшествовавших реактивным лайнерам. Однако, уже на реактивных воздушных судах первого поколения (ТУ 104, ИЛ 18, ТУ 114) имели место отдельные случаи разрушения колес до выработки назначенного ресурса (300-500взлето-посадок), несмотря на значительные запасы статической прочности.

В настоящее время увеличение взлетных весов и применение тонкого крыла привело к тому, что нагрузки на колесо возросли в 2-3 раза при сохранении строительного объема колеса. Увеличение сроков службы и интенсификация эксплуатации воздушных судов явились основной причиной актуальности повышения ресурсов барабанов. Например, в 80-е года 20-го века для воздушного судна со сроком службы 60000 летных часов стоимость комплектов колес может превысить стоимость воздушного судна. Если в относительно недалеком прошлом ресурс в 500 взлето-посадок считался приемлемым, то к настоящему времени предприятия-заказчики настаивают на ресурсах 2500-3000 и больше влето-посадок, при сохранении требований по надежности и весовой отдаче.

Решение этой задачи является достаточно сложной научно-технической проблемой, включающей в себя металлургические, конструкторские и технологические аспекты, широкие исследования действующих нагрузок и напряженного состояния барабанов колес. Работы Хазанова И.И., Мозалева В.В., Зверева И.И., Коконина С.С., Сокач Р.В, Пейко Я.Н., Степнова М.Н. позволили проектировать и изготавливать колеса с ресурсом 1500-2000 взлето-посадок. Это достигнуто разработкой более совершенных конструктивных решений барабанов, выбором новых легких конструкционных сплавов, технологическим упрочнением поверхностных слоев барабанов, введением периодического инструментального контроля технического состояния. Но, тем не менее, в практике имеют место случаи не подтверждения первоначально установленного ресурса с ошибкой в ту или иную сторону: после некоторой продолжительности эксплуатации приходилось ограничивать ресурс барабанов по сравнению с первоначально назначенным.

С другой стороны на складах эксплуатирующих организаций скапливались партии барабанов, отработавших свой ресурс без замечаний и имеющих нормальное техническое состояние, а объективных методов, позволяющих принять решение об их дальнейшей судьбе, нет. К имеющимся трудностям относятся вопросы, связанные с надежностью контроля технического состояния барабанов, так как анализ трещин, «неожиданно» появившихся почти сразу после контрольной проверки, показавшей отсутствие трещины, всегда позволял сделать вывод, что трещины в действительности развивались достаточно долго; и вопросы, связанные с развитием трещин усталости в поверхностно упрочненных слоях барабанов, имеющих специально наведенные остаточные напряжения, так как в последнее время все большее количество барабанов подвергаются этой обработке.

Принципы, заложенные в работе [1], позволяют достаточно уверенно эксплуатировать колеса, периодически контролируя их состояние, при условии 100%-ой надежности контроля, но, так как задача решалась «в среднем», а не в вероятностной постановке, то нельзя судить о надежности барабанов.

Данная работа проводилась в соответствии с:

- планом тематической работы Департамента авиационной промышленности "Разработка новых высокотехнологичных методов поверхностного упрочнения авиационных колес";

- программой совместных исследований АООТ ВИЛС, АО "Диск", ВИАМ и АО АК "Рубин" по определению возможности использования алюминиевых сплавов типа 1420 и 1965 для колес, преимущественно авиационных;

- планом конкурса ГРАНТ(ов) МГАТУ им. К.Э. Циолковского 1993 года по разделу "Технологические проблемы производства изделий аэрокосмической техники из современных конструкционных материалов".

Материалы работы использованы в рамках ГНТП "Безопасность" (ИМАШ РАН) по проектам 1.5, 1.7, 1.14, а также ГНТП фундаментальных исследований «Механика деформируемого тела и сред» (Институт механики МГУ им. М.В. Ломоносова);

Экспериментальные и теоретические исследования проводились также в рамках выполнения хоздоговорных работ МАТИ им. К.Э. Циолковского, где автор принимал участие в качестве исполнителя, ответственного исполнителя, научного руководителя темы, с организациями и фирмами, участвующими в проектировании, изготовлении, отработке, испытаниях сплавов и изделий авиационной техники. В том числе: ОАО «Авиационная корпорация "Рубин, АОЗТ "Тантал", АОЗТ "Диск", СибНИА, МЗ "Ступино".

Таким образом, тему диссертационной работы, посвященной разработке методологии оценивания характеристик сопротивления усталости и живучести колес транспортных средств, следует считать актуальной.

Целью работы является разработка методологии оценивания характеристик сопротивления усталости и живучести колес транспортных средств с помощью комплекса расчетно-экспериментальных методов, позволяющего значительно сократить сроки ввода в эксплуатацию элементов конструкций авиационной техники из легких сплавов, подверженных переменным нагрузкам.

Поставленная цель достигается решением следующих задач.

- Проведение экспериментальных исследований статической прочности, сопротивления усталости, статической и циклической трещиностойкости образцов, моделей-имитаторов и элементов конструкций из легких сплавов для расчета параметров моделей сопротивления усталости и живучести колес транспортных средств.

- Разработка методик обоснования индивидуальных квантильных кривых усталости колес транспортных средств с использованием априорной информации, базирующейся на результатах проведенных испытаний и математических моделях статистических теорий наиболее слабого звена, усталостной прочности металлов.

- Разработка методики прогнозирования сопротивления усталости и живучести, упрочненных поверхностно-пластическим деформированием колес транспортных средств, базирующейся на результатах усталостных испытаний образцов и математической модели статистической теории микроскопически неоднородной среды.

- Разработка метода исследования нагруженности колес транспортных средств, основанного на экспериментально полученной эпюре контактных давлений в зоне шина-обод колеса, предназначенной для моделирования граничных условий в задачах исследования напряженно-деформированного состояния с помощью метода конечных элементов.

- Разработка комплексного метода оценки сопротивления колес усталости и удару.

- Разработка метода оценки живучести и оптимальных сроков проведения контрольных проверок авиационных колес.

Методы исследования, использованные в работе.

Статистическое моделирование на ПЭВМ результатов испытаний с целью анализа функций распределения долговечности и живучести элементов конструкций, поведения их параметров в связи с конструктивными, технологическими и эксплуатационными изменениями.

Испытания лабораторных образцов, моделей-имитаторов и элементов конструкций, проведенные лично или при участии автора. Все объекты исследований изготовлены в соответствии с существующими стандартами, по типовым технологическим процессам в условиях серийного авиационного производства из материалов, поставляемых для отрасли, и обладали свойствами, присущими авиационным конструкциям. Испытания образцов, моделей-имитаторов и элементов конструкций осуществлялись на машинах: МУИ6000, НУ2Б, МВП10000, УВ70200, МИР5, МИР20, ¥?\00, ТХШХОт, электромагнитных установках, вибростендах, маятниковом копре, пульсаторах, обкатных стендах и станах.

Математическое моделирование с целью оценивания параметров моделей на основе методов максимального правдоподобия и наименьших квадратов, а также для автоматизации процесса анализа наблюдаемых экспериментальных данных.

Тензометрия и метод конечных элементов для анализа напряженно-деформированного состояния образцов, моделей-имитаторов и конструктивных элементов, с целью использования его результатов при оптимизации геометрии конструктивных элементов по параметрам эксплуатации.

Научная новизна работы состоит в разработке: - методик обоснования индивидуальных квантильных кривых усталости расчетных зон колес транспортных средств с учетом опытных данных и априорной информации, базирующихся на результатах усталостных испытаний образцов и математических моделях статистических теорий наиболее слабого звена, усталостной прочности металлов и позволяющих обосновать нижние границы ресурса колес транспортных средств; методики прогнозирования сопротивления усталости и живучести, упрочненных поверхностно-пластическим деформированием колес транспортных средств, базирующейся на результатах усталостных испытаний образцов и математической модели статистической теории микроскопически неоднородной среды, учитывающей изменения асимметрии цикла напряжений в расчетных зонах элемента конструкции и позволяющей значительно уточнить влияние поверхностного пластического деформирования на сопротивление усталости и живучесть изделия;

- методики определения эпюры контактных давлений в зоне шина-обод барабана авиационного и диска автомобильного колеса, предназначенной для моделирования граничных условий в задачах исследования напряженно-деформированного состояния с помощью метода конечных элементов;

- метода исследования нагруженности колес транспортных средств, основанного на экспериментально полученной эпюре контактных давлений, значительно расширяющего сферу применения полученных результатов, поэтапно заменяя традиционную тензометрию;

- комплексного метода оценки сопротивления колес усталости и удару. Метод базируется на аналитической модели, анализе напряженно-деформированного состояния, результатах статических и динамических испытаний образцов и позволяет значительно сократить объемы и сроки натурных испытаний;

- метода расчета живучести и оптимальных, с точки зрения надежности и экономичности, сроков проведения контрольных проверок авиационных колес. Метод базируется на вероятностных оптимизационных моделях состояния парка изделий, экспериментальных результатах испытаний образцов, а также априорной информации, поступающей из эксплуатации и позволяет оптимизировать затраты на разработку и эксплуатацию изделия.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Статистические оценки характеристик сопротивления усталости и трещиностойкости легких конструкционных сплавов АК4-1, ВД17, АВ, АК6,

Д16, МАМ, в томе числе оценки параметров подобия усталостного разрушения, коэффициента чувствительности к концентрации напряжений, накопленной повреждаемости, отношения пределов выносливости при плоском и одноосном напряженных состояниях, коэффициента чувствительности к асимметрии цикла напряжений при кручении, порогового размаха и критического коэффициента интенсивности напряжений исследованных сплавов.

2. Методы расчетно-экспериментальной оценки характеристик сопротивления усталости колес транспортных средств, базирующиеся на статистических теориях наиболее слабого звена, сопротивления усталости металлов, микроскопически неоднородной среды и оценках параметров разработанных математических моделей.

3.Экспериментально установленные закономерности по оценке влияния перегрузки (в 1,5-^2 раза), изменения режимов обработки при виброупрочнении, нагрева барабана авиационного колеса при аварийном торможении, на их долговечность.

4. Расчетно-экспериментальные модели, предназначенные для комплексной оценки сопротивления усталости, удару, а также оценки живучести колес транспортных средств, позволяющие: прогнозировать точечные и интервальные оценки квантильных кривых усталости колес; влияние поверхностного пластического деформирования на сопротивление усталости и живучесть колес; равнопрочность различных зон барабанов колес; оценивать:

- условия совместного выполнения требований к сопротивлению усталости и удару колес;

- сопротивление усталости колеса по результатам испытаний на косой удар; живучесть колес с учетом параметров кинетических моделей, субъективного фактора, автоматизации контроля, ошибок оценки трещиностойкости, методологических особенностей расчета коэффициента интенсивности напряжений и скорости роста трещин;

- стабильность механических свойств полуфабрикатов по критериям сопротивления усталости и трещиностойкости путем сравнения результатов текущих испытаний образцов с эталонными значениями, полученными расчетом или по результатам априорных данных.

5. Модели оптимизации параметров эксплуатации авиационных колес при использовании одного из трех принципов обеспечении безопасности конструкции по условиям прочности: допустимость повреждения, безопасность повреждения и безопасный ресурс, а также модель оценки стабильности механических свойств полуфабрикатов, позволяющая обосновать целесообразность определения их сопротивления усталости до изготовления изделий. Модели позволяют: обосновать параметры эксплуатации с учетом принципов обеспечении безопасности конструкции по условиям прочности; обосновать правила эксплуатации за весь срок службы парка изделий; проектировать изделие, ориентируясь на конкретное сочетание параметров эксплуатации.

Практическую значимость работы представляют:

- 12 актов внедрения, представленных в приложении 1;

- результаты экспериментальных исследований статической прочности, сопротивления усталости, статической и циклической трещиностойкости образцов, моделей-имитаторов и элементов конструкций из сплавов АК6, АК4-1, Д1, которые служат основой для расчета параметров моделей сопротивления усталости и живучести, периодичности контрольных проверок при эксплуатации изделий;

- комплекс нормативно-технических документов, включающий методы: виброупрочнения; оценки нагруженности, сопротивления усталости и живучести колес транспортных средств; получения эпюр контактных давлений; конечно-элементного анализа; обеспечения стабильности механических свойств полуфабрикатов по критериям сопротивления усталости и трещиностойкости; оптимизации геометрии барабанов авиационных и дисков автомобильных колес. Подготовлено 52 документа, представленных в приложении 2, в том числе: «Справочник конструктора по расчету авиационных колес и тормозов», 80Т-910, 1993г; «Методика оценки качества штамповок», 80Т-916, 1993г; «Методика установления ресурса авиационных колес по условиям сопротивления усталости», 80Т-934, 1995г; «Регламент системы эксплуатации колес по техническому состоянию»,80Т-941,1995г; «Методика виброупрочнения дисковой зоны барабана авиаколеса», 80Т-950, 1995г; «Методика местного нагрева ступиц колёс», 80Т-955, 1996г; «Методика расчета колеса КТ204 с применением метода конечных элементов», 80Т-961,1996г; «Анализ напряженно-деформированного состояния мотоциклетного модифицированного колеса», 80Т-966, 1996г; «Методика определения ресурса стяжных болтов авиационного колеса», 80Т-967,1996г; «Методика определения усилия затяжки болтового стыка колеса», 80Т-969, 1996г; «Методика оценивания надежности авиационных колёс», 80Т-973, 1997г; «Анализ напряженно-деформированного состояния барабана автомобильного колеса фирмы Desmond СО/LTD», 80Т-978, 1997г; «Оценка качества штамповок», 80Т-980, 1997г; «Формирование эпюр контактных давлений авиационного колеса», 80Т-984, 1997г; «Анализ усталостной прочности, расчет и обоснование ресурса авиационного колеса», 80Т-989, 1997г; «Расчет надежности колеса не тормозного КН47», 80Т-990, 1997г; «Обоснование показателей кривой усталости колеса RUB.0010», 80Т-992, 1997г; «Расчетно-экспериментальный метод нормирования передачи усилия от шины колеса на его ободную часть", 80Т-999, 1998г; «Оценка возможности моделирования шины для прочностных расчетов барабанов авиационных колес», 80Т-1009, 1998г; «Создание методологии оптимального проектирования и эксплуатации болтовых соединений», 80Т-1014, 1999г; «Методика оценки характеристик сопротивления усталости элементов конструкций, работающих в условиях асимметричного цикла нагружения», 80Т-1023, 2000г; «Методика оценки трещиностойкости авиационных колес», 80Т-1029, 2000г; «Сравнение нагруженности барабанов колес при применении различных типов шин», 80Т-1038, 2001; «Методика пересчета контактных давлений на контактные давления модели барабана колеса», 80Т-1040, 2001 г; «Распределение температурных полей в авиационном колесе», 80Т-1105, 2006г.

Достоверность научных выводов и рекомендаций подтверждена.

Удовлетворительным совпадением расчетных оценок с экспериментальными данными, полученными при испытаниях, как лабораторных образцов, так и натурных изделий. Применением апробированных методов механики сплошных сред и вычцелительной математики. Сравнением полученных результатов с результатами исследований других авторов. Применением аттестованного оборудования при испытаниях. Применением статистических методов обработки результатов испытаний. Испытаниями и безопасной эксплуатацией авиационных колес, которые обеспечены разработанными методами и методиками оценки их ресурса. Данными тензометрии и результатами расчета тестовых примеров, имеющих точное аналитическое решение, полученное методами теории упругости.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на различных международных, всесоюзных, республиканских и отраслевых конференциях, симпозиумах и коллоквиумах, в том числе:

- УШ-ой Всесоюзной конференции по усталости металлов (Москва, 1982г);

- ГУ-ом Всесоюзном симпозиуме "Малоцикловая усталость, механика разрушения и живучесть материалов" (Краснодар, 1983г);

- Н-ом Всесоюзном симпозиуме по механике разрушения (Житомир, 1985г);

- Международной конференции по усталости металлов (Прага, ЧССР, 1985г);

- П-ой Всесоюзной НТК "Современные проблемы строительной механики и прочности ЛА" (Куйбышев, КуАИ, 1986г);

- 1-ом Международной конференции по механике разрушения (Прага, ЧССР, 1987г);

- 1-ой Всесоюзной НТК "Механика разрушения материалов" (Львов, 1987г);

1-ой Международной НТК "Молодые ученые в решении комплексной программы научно-технического прогресса стран членов СЭВ" (Киев, КПИ, 1989г);

- Ш-ем Всесоюзном симпозиуме по механике разрушения (Житомир, 1990г);

Х1-ом Международном коллоквиуме "Механическая усталость металлов" (Киев, ИПП АН УССР, 1992г);

- НТС Авиационной Корпорации "Рубин" (прот. N 10 от 19.12.90г, прот. N 1 от 10.01.92г, прот. N 1 от 11.11,96г, прот. N 2 от 24.12.96г, прот. N 4 от 11,09.97г);

- НТС СибНИА (прот. N 4 от 12.06.89г);

- НТС АОЗТ "Тантал" (прот. N 11 от 30.11.94г);

- Международном симпозиуме "Механика деформируемого твердого тела", (Санкт-Петербург, 1994 г.);

- 1ХХ, XX, XXI, XXII Гагаринских чтениях МАТИ им. К.Э. Циолковского, соотв. 1993, 1994, 1995, 1996 гг;

Отраслевой юбилейной НТК, посвященной 50-летию Авиационной Корпорации "Рубин" "Гидравлические агрегаты, системы и взлетно-посадочные устройства летательных аппаратов" (Балашиха М.о.,1996г);

- Научно-методическом семинаре кафедры "Сопротивление материалов" МГАТУ им. К.Э. Циолковского (прот. N 1 от 15.11.94г);

- Международном научном симпозиуме, посвященном 140-летию МГТУ «МАМИ» (23-24 марта 2005г);

- Международном научном симпозиуме «Автотракторостроение-2009» (25-26 марта 2009г, МГТУ-«МАМИ»);

- Международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященная 145-летию МГТУ «МАМИ», (17 ноября 20Юг, МГАТУ «МАМИ").

Публикации. По теме диссертации опубликовано 89 работ, из них 23 печатных работы опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 15 печатных работ - в международных научно-технических изданиях и одни методические указания Госстандарта СССР. Получено одно авторское свидетельство на изобретение. Материалы диссертации были представлены на 22-х Всероссийских конференциях, коллоквиумах и симпозиумах, а также на ВДНХ СССР и в 26 отчетах по НИР.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 236 наименований. Она содержит 388 страниц основного текста, 129 рисунков, 45 таблиц и приложения на 40 страницах, где приведены документы, подтверждающие внедрение и практическое значение результатов работы.