Determination of vibration strength criterion based on elastic fracture mechanics

Abstract

Существующие методики оценки остаточного ресурса оборудования, технологических и магистральных трубопроводов при многоцикловом нагружении (вибрации, пульсации) основаны на использовании понятия амплитуды, которая для случая широкополосного нагружения существенно зависит от параметров обработки и осреднения спектральной плотности колебательного процесса. При этом мера поврежденности, определяющая ресурс элемента системы, является необъективной величиной, зависящей от параметров обработки сигналов в большей степени, чем от характеристик самого процесса (спектра), что может негативно отразиться на оценке остаточного ресурса, а это, в свою очередь, привести к неэффективным техническим решениям и ограничениям. Результатом накопления повреждений является образование микродефекта, развитие которого под действием термомеханических нагрузок чревато разрушением материала. С целью определения более объективного критерия вибропрочности были рассмотрены стадии усталостного разрушения, что позволило на основе линейной механики разрушения предложить силовой критерий вибропрочности, учитывающий развитие малых трещин. Указанный критерий является консервативным и позволяет оценить амплитуду напряжений, которые не приводят к развитию дефекта. The existing methodologies for estimating the residual life of equipment, process and main pipelines under multicycle loading (vibrations, pulsations) are based on the use of the concept of amplitude, which, for the case of broadband loading, significantly depends on the parameters of processing and averaging the spectral density of the oscillatory process. Wherein, the measure of damage that determines the system element’s life is a biased value that depends on the parameters of signal processing to a greater extent than on the characteristics of the process itself (spectrum), which can negatively affect the assessment of the residual life, and this, in turn, may lead to counterproductive technical solutions and limitations. The result of damage accumulation is the formation of a microdefect, the development of which under the action of thermomechanical loads is fraught with the material destruction. In order to determine a more objective criterion for vibration strength, the stages of fatigue failure were considered, which gave the opportunity, on the basis of elastic fracture mechanics, to propose a force criterion of vibration strength, which takes into account the development of small cracks. The aforesaid criterion is conservative and allows evaluating the amplitude of stresses that do not lead to the development of a defect.