Лекция № 35, № 36 расчет надежности по критериям старения материалов

Старением металлов и сплавов следует считать процессы изменения их свойств во времени, вязанные с их любыми превращениями в твердом состоянии. К основным видам превращений в твердом состоянии относятся следующие:

- аллотропическое;

- мартенситное;

- растворение в твердом состоянии;

- упорядочение и разупорядочение твердых растворов.

Все эти превращения могут быть разделены на две группы:

1. Протекающие без изменения химического состава.

2. Сопровождающиеся образованием фаз с измененным химическим составом.

Наиболее практическое значение имеют процессы старения, связанные с распадом пересыщенных твердых растворов (процессы выделения). Различают следующие две стадии указанных процессов:

а) образование зародышей новой фазы (центров кристаллизации);

б) роста зародышей (центров кристаллизации).

При анализе фазовых превращений в твердом состоянии может использоваться следующее уравнение (формулы).

Мартенситное превращение заключается в перестройке решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а лишь смещаются относительно друг друга на расстояния, не превышающие межатомные. Дифференциальное уравнение, характеризующее распад мартенсита, имеет следующий вид (формулы). Температурная зависимость скорости распада мартенсита имеет вид (формула).

Для полимерных материалов создана достаточно стройная теория старения, базирующаяся на двух основных процессах:

- деструкции;

- структурирования.

Скорости этих процессов могут быть описаны следующими зависимостями (формулы, графики). Если ввести обобщенную характеристику, выражающую совокупность свойств полимеров, то можно записать следующее уравнение, выражающее зависимость обобщенной характеристики от времени (формулы). Из этих зависимостей можно установить соотношение между временем старения, обобщенной характеристикой и температурой (формула).

С помощью последнего уравнения можно определить срок службы полимера – время до момента, когда основная характеристика полимера становится равной заданному предельному значению (формула). В случае изменения температуры во времени при старении результирующий срок службы определяется соотношением (формулы). Для случая линейного изменения температуры величина эквивалентной температуры определяется соотношением (формулы).

Для случая экспоненциального изменения температуры, характерного для процессов нагревания и охлаждения, эквивалентная температура равна (формулы).

Процессы электрического старения. Роль ионизации воздуха. Процессы старения при постоянном и переменном напряжениях (графики). Зависимость времени до пробоя (срока службы) для полимеров в постоянном электрическом поле (формулы, графики).

Раздел 6. Испытания на надежность

Лекция № 37

ИСПЫТАНИЯ НА НАДЕЖНОСТЬ.

ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И ОБЪЕКТЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ.

СОКРАЩЕНИЕ ОБЪЕМА ВЫБОРКИ, СОКРАЩЕНИЕ

ВРЕМЕНИ ИСПЫТАНИЙ

Существуют четыре разновидности задач, решаемых при проведении испытаний:

1. Выбор материала и конструктивно-технологических параметров изделий.

2. Оптимизация технологического процесса.

3. Проверка соответствия изделий стандартам.

4. Контроль качества выпускаемых изделий.

Испытания опытного и серийного образцов (схема).

Виды испытаний опытных образцов (схема). Виды испытаний серийных образцов (схема).

Классификация основных методов испытаний на надежность (рис.).

Сокращение объема испытаний на надежность проводят в основном по двум направлениям:

1. Сокращение объема выборки.

2. Сокращение времени испытаний.

Сокращение объема выборки дает уменьшение объема испытаний, однако приводит к понижению точности оценки, что выражается в увеличении дисперсии оценки искомого параметра. Нижний предел дисперсии нормального закона распределения определяется формулой ( ), который должен быть скорректирован в соответствии с уточненным значением коэффициента вариации по формуле ( ). На рис. показана зависимость объема выборки от коэффициента вариации.

Сокращение времени испытаний осуществляется на основе трех физических принципов надежности:

а) принципа Седякина;

б) гипотезы Майнера;

в) принципа наследственности.

Схема классификации сокращения времени испытаний приведена на рисунке (рис.).

Основные требования к проведению испытаний на надежность.

Лекция № 38

ФОРСИРОВАННЫЕ (УСКОРЕННЫЕ) ИСПЫТАНИЯ

НА НАДЕЖНОСТЬ. ИСПЫТАНИЯ С ФОРСИРОВАНИЕМ

НАГРУЗОЧНОГО РЕЖИМА, ЧАСТОТЫ, ТЕМПЕРАТУРЫ

К форсированным относятся испытания, при которых применяемый нагрузочный режим превосходит номинальный эксплуатационный режим.

Основной проблемой при разработке методов форсированных испытаний является выбор предельно допустимого нагрузочного режима и определение метода пересчета результатов испытаний с форсированных нагрузок на номинальный режим. Показатели надежности при нормалтьном и ускоренном режимах испытаний определяются формулой (формула).

При экспоненциальном распределении для вероятности безотказной работы эта зависимость запишется в виде (формула).

Понятие о коэффициенте ускорения (формулы).

Уравнение эквивалентности ускоренных и нормальных режимов по накоплению усталостных повреждений при испытаниях (зависимости).

Зависимость эквивалентности по накоплению усталостных повреждений в функции числа циклов испытаний (формулы).

Ускоренные испытания с форсированием нагрузочного режима наиболее экономичны, поскольку реализуются принципы экстраполяции. Математическая модель методики может быть построена на основании гипотезы линейного суммирования повреждений. Методы экстраполяции при этом разделяются по двум основным признакам:

1. По типу экстраполяционного уравнения.

2. По способу их реализации.

Используются следующие типы уравнений (формулы):

- на использовании временных зависимостей;

- на основании температурно-временных зависимостей;

- на основе физических моделей разрушения материалов.

Лекция № 39

ПЛАНИРОВАНИЕ ИСПЫТАНИЙ.

ОПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ И КОНТРОЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

НА НАДЕЖНОСТЬ

Под планированием испытаний понимается процесс выбора и установления всего комплекса мероприятий, методов и средств, связанных с организацией и проведением испытаний.

Возможны 13 вариантов планов испытаний (табл.).

Все многообразие целей испытаний может быть подразделено на две группы:

1. Определительные испытания.

2. Контрольные испытания.

При планировании определительных испытаний определяют объем и длительность испытаний.

Для плана [N,U,N] считаются известными:

- односторонняя доверительная вероятность;

- коэффициент вариации;

- вид закона распределения наработки на отказ;

- относительная ошибка оценки показателя надежности (формула).

Рассмотрен пример плана для трех законов распределения:

а) экспоненциальный;

б) Вейбулла;

в) нормальный.

Методы и планы контрольных испытаний заданы, если установлены количество образцов, стратегия проведения испытаний. Планы контрольных испытаний строятся в зависимости от вида показателя надежности. Их принято разделять на два типа:

1. Р – вероятность безотказной работы.

2. Т – наработка.

Исходные данные для выбора плана контроля:

а) риск поставщика;

б) риск потребителя;

в) значение контролируемого показателя Р_β или Т_β.

Рассмотрены примеры планов контроля типа Р и типа Т.