Любой механизм состоит из деталей, соединенных между собой определенным образом. В крупногабаритных конструкциях — строительной технике, автомобилях, самолетах и ракетах, где одна деталь может весить десятки килограмм — прочность соединений критически важна. Однако проводимые перед сборкой изделия испытания сосредоточены на выносливости непосредственно крупных деталей и не учитывают напряжения, возникающие в резьбовом соединении, откуда и начинается разрушение. Ученые Пермского Политеха разработали зажимное устройство для испытательной установки, которое позволяет измерить предельное напряжение в резьбовой канавке. Благодаря такому усовершенствованию можно достоверно и без лишних затрат оценить прочность конструкции. Исследование выполнено в рамках реализации программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030».
Разработка ученых защищена патентом РФ № 211575 U1. Представленное изобретение вносит вклад в обеспечение технологического суверенитета Российской Федерации.
Проверка крупных образцов на выносливость представляет собой многократное приложение силы к испытываемому объекту, чтобы проверить на какой раз проявится повреждение. На основании этих данных делается вывод о прочности конструкции. При этом датчики, замеряющие показатели выносливости, крепятся к наружной поверхности соединяемых деталей. Однако очаг разрушения, где зарождается деформация, находится не на внешней части образца, а на поверхности резьбы. Из-за этого несоответствия результаты проводимых тестов имеют низкую достоверность. Поэтому разработчики из Пермского Политеха создали зажимное устройство для испытаний натурных образцов с резьбовыми соединениями, которое позволяет оценить прочность самого уязвимого места в конструкции.
— Предлагаемое зажимное устройство для испытания резьбового соединения содержит плоские корпус и крышку. Также оно включает клино-упорную систему, предусматривающую возможность создания усилий затяжки, эквивалентной свинчиванию, для плоского образца с резьбовым соединением, зафиксированного между корпусом и крышкой. Для оптического бесконтактного измерения деформаций по осевому сечению на крышке размещено специальное окно. Такая конструкция позволяет получить достоверный результат испытаний при низкой прикладываемой нагрузке, — рассказывает декан механико-технологического факультета ПНИПУ, профессор кафедры инновационных технологий машиностроения, доктор технических наук Михаил Песин.
В отличие от прочих оснасток испытательных стендов, дизайн разработанного устройства позволяет провести замер деформации и рассчитать величину напряжения по осевому сечению резьбового соединения. Такой подход не требует многократно нагружать образец, следовательно, достоверные сведения о его выносливости можно получить быстрее и проще.
Испытываемый образец размещается между корпусом и крышкой устройства. При помощи клино-упорной системы создается напряжение затяжки резьбового соединения. Окно в крышке позволяет проводить бесконтактное измерение деформаций как непосредственно на поверхности концентратора напряжений, так и в глубине изделия, обеспечивая достоверность оценки.
Применять разработку можно при проверке предела выносливости деталей для авиапромышленности, машиностроения, нефтедобывающего оборудования и другой тяжелой техники.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.