Визначення ресурсу роторів лабораторних центрифуг

Abstract

Використання методики, яка базується на явищі виникнення й накопичення пошкоджуваності та її врахування у системі визначальних рівнянь дає можливість суттєво підвищити достовірність розрахунку та прогнозування граничного стану й ресурсних характеристик відповідальних елементів при малоцикловій втомі з урахуванням особливостей експлуатаційних режимів. При цьому з динамічних розрахунків, які виконані за допомогою МСЕ, у програмному пакеті Ansys були визначені 3 рівні напружень, які виникають у небезпечних точках чашок лабораторних центрифуг. На першому етапі досліджень були проведені випробування циліндричних зразків алюмінієвого сплаву В95 на малоциклову втому при пилоподібному циклі навантаження. На другому етапі – випробування при постійному рівні навантаження до руйнування. Третій етап випробувань – це дослідження зразків при програмному навантаженні. В результаті проведених експериментальних досліджень було отримано залежності довговічності від параметрів навантаження для алюмінієвого сплаву В95.

There is a number of requirements for the lab centrifuges advance, one of which is to provide the necessary durability, secondly, the guaranteed lifetime should be ensured by fail-safety and safety. These requirements are satisfied by the elements of data, structures must not fail during the guaranteed period of operation and safety is guaranteed by the presence of emergency shell. A structural element, which is the danger of destruction, is a cup. To ensure reliable designs manufacturers of the lab centrifuges produce a protective centrifuges shell with a rather large margin of safety, which leads to weight gain as an emergency shell and the total weight of the centrifuge. Decrease of weight of the centrifuge can be achieved by reducing the weight of emergency shell, but it requires improving the accuracy of the mechanism lifetime prediction. At present there is no general method of lifetime prediction of responsible and highly-loaded structural elements of different branches of industry. Current methods are based on two concepts: safety without makrodefects and regulated rupture. The operational lifetime is the total resource of (including crack grows life) and infancy macrocrack is accompanied by degradation of mechanical properties of structural materials and the appearance of three-dimensional dispersed damage. Using a methodology, which is based on the phenomenon of the occurrence and accumulation of damage and is taking into account the system of constitutive equations, makes it possible to increase significantly the accuracy of the calculation and prediction of the limit performance and resource responsible element in low cycle fatigue in view of features operating conditions. In this case, the dynamic calculations are performed by FEM, the software package ANSYS, identified three levels of stresses (470 MPa, 490 MPa, 500 MPa), which arise in dangerous points of cups lab centrifuge. In the first phase of research cylindrical specimens of aluminum alloy 7075 on low cycle with saw tooth cycle fatigue loading (loading 5 sec and unloading 5sec) were tested. In the second phase they were tested at constant load to fracture. The third phase of testing – the study at program load (load 5sec, holding at constant load 120 sec and unloading 5 sec). As a result of experimental research the dependence of the durability of the load parameters for aluminum alloy 7075 were obtained.