3 Энергия, действующая на колесо. 6. Блок-схема возникновения отказа автомобильного колеса.

Механическая

Тепловая

Химическая

Резина

Диск

P=const

износ

нет

∆=f(u)

∆<∆доп

нет

Отказ по параметру

Отказ не возникает

да

Q<Qкр

нет

да

_∆G₂₉₈<0

Q<Qкр

P<Pкр

да

нет

нет

да

да

Коррозия

нет

37. Изменение свойств и состояния материалов как причина потери изделием работоспособности.

Изменение начальных свойств и состояния материалов, из которых выполнено изделие, является первопричиной потери им работоспособности, так как эти изменения могут привести к повреждению изделия и к опасности возникновения отказа.

Чем глубже изучены закономерности, описывающие процессы изменения свойств и состояния материалов, тем достовернее можно предсказать поведение изделия в данных условиях эксплуатации и обеспечить сохранение показателей надежности в требуемых пределах.

Хотя для оценки надежности, как правило, используются вероятностные характеристики, это не значит, что суждение о поведении изделия можно сделать лишь на основании статистических исследований.

Наоборот, в основе потери машиной работоспособности всегда лежат физические закономерности, но в силу разнообразия и переменности действующих факторов эти зависимости приобретают вероятностный характер.

Пусть скорость некоторого процесса повреждения материала γ есть функция ряда входных параметров Z₁,Z₂; ...; Z_n, и времени t, причем данная зависимость получена на основе физико-химических законов:

γ=dU/dt=φ(Z₁, Z₂;...; Z_n;t). . (1)

Параметры Z_t характеризуют условия эксплуатации (нагрузки, скорости, температура и др.), состояние материала (твердость, прочность, качество поверхности и т. д.) и другие факторы, влияющие на протекание процесса повреждения материала. Однако при наличии только функциональной зависимости, достаточно достоверно описывающей данное явление, нельзя еще точно предсказать, как будет протекать данный процесс, так как сами аргументы Z₁;...; Z_n являются случайными величинами.

Действительно, при работе машины происходят непредвиденные изменения и колебания нагрузок, скоростей, температур, степени загрязнения поверхностей. Более того, сами детали машины могут быть выполнены с различными допусками на технологические параметры (точность, однородность материала и др.).

Однакознание физической закономерности процесса в корне изменяет возможности по оценке хода процесса по сравнению со случаем, когда этот процесс оценивается только на основе статистических наблюдений.

Функциональная зависимость, хотя и абстрагирует действительность и лишь с известной степенью приближения отражает физическую сущность процесса, но позволяет предсказывать возможный ход процесса при различных ситуациях.

38. Причины отказа изделия раньше установленного ресурса.

В процессе эксплуатации изделия нередко отказы возникают раньше, чем это установлено ресурсом, что приводит к неожиданному прекращению работы машины или к снижению ее эффективности.

Различные факторы, действующие на машину при эксплуатации, связанные с климатическими, биологическими условиями и внешними воздействиями, создают комплекс причин для ускорения процессов старения и разрушения.

Так, повышенная влажность среды, колебания температуры, загрязненность атмосферы, ветер, акустический шум, солнечная радиация, плесень, бактерии, насекомые, грызуны — вот неполный перечень тех факторов, которые приходится учитывать при оценке возможности отказа изделия в различных условиях эксплуатации.

Чем большие воздействия оказывает на машину среда, тем выше вероятность отказа, которая резко возрастает при работе изделия в несвойственной ему обстановке. В этих случаях надо оценивать не вероятность отказа, а вероятность возникновения недопустимой ситуации.

Обычно внешние воздействия имеют большую дисперсию, и возникший отказ может быть следствием как недопустимости эксплуатационных нагрузок, так и недостаточной сопротивляемости изделия к их восприятию.

Большую информацию о преждевременных и недопустимых отказах, возникающих в процессе эксплуатации, могут дать рекламации потребителя, если они подвергаются тщательной обработке и анализу.

Потеря машиной работоспособности требует создания специальной системы ремонта и технического обслуживания с тем, чтобы обеспечить наибольшую эффективность восстановления работоспособности при минимальных затратах времени и средств.

39. Три уровня изучения поведения материалов. Для решения инженерных задач надежности необходимо знать закономерности изменения выходных параметров машины и ее элементов во времени. Так, надо оценить деформацию деталей, износ их поверхности, изменение несущей способности из-за релаксации напряжений или процессов усталости, повреждение поверхности из-за коррозии ит. д., т. е. рассмотреть макрокартину явлений, происходящих при эксплуатации машины.

Современная наука изучает закономерности изменения свойств и состояния материалов на следующих уровнях.

Субмикроскопичесшй уровень, когда на основании рассмотрения строения атомов и молекул и образования из них кристаллических решеток твердых тел или иных структур выявляются закономерности, которые служат базой для объяснения свойств и поведения материалов в различных условиях. Эти закономерности, как правило, являются основой для дальнейших исследо­ваний и разработок частных зависимостей.

Микроскопический уровень рассмотрения свойств материалов исходит из анализа процессов, происходящих в небольшой области. Полученные при этом закономерности в дальнейшем распространяются на весь объем тела.

Рассмотрение закономерностей на уровне микрокартины явлений — необходимый этап для дальнейшего распространения полученных зависимостей на весь объем твердого тела, т. е. на всю деталь или ее поверхность.

Макроскопический уровень рассматривает изменение начальных свойств или состояния материала всего тела (детали). Так теория упругости на основе закона Гука рассматривает деформации и напряжения в системах и деталях различной конфигурации, работающих на растяжение, кручение, изгиб и другие виды деформации. •

Перенесение на всю деталь исходных закономерностей, отнесенных к элементарному объему (точке), потребовало разработки специальных, иногда довольно сложных методов инженерных расчетов.