ГОСТ 33796-2016. Межгосударственный стандарт. Моторвагонный подвижной состав. Требования к прочности и динамическим качествам

8.3. Расчет долговечности (ресурса) несущих элементов металлоконструкций МВПС

8.3.1 Расчеты несущих конструкций МВПС на циклическую долговечность (при числе циклов N > 10⁵) выполняют:

- при изменении нагруженности;

- при продлении срока службы МВПС.

Расчет сводится к определению вероятности разрушения (степени риска) конструкции за назначенный срок службы. Вероятность разрушения при этом не должна быть более 10^-4 (0,01%).

8.3.2 Расчет ресурса проводят на основе гипотезы линейного суммирования повреждений.

Необходимыми исходными данными для расчета долговечности являются:

- результаты исследования напряженно-деформированного состояния детали, полученные расчетным либо экспериментальным путем;

- блок эксплуатационных напряжений (например, в течение одного года работы), представленный в виде ступенчатой функции распределения амплитуд напряжений, заданной парой чисел (, t_i), где - амплитуда напряжений i-го уровня, отнесенная к максимальному напряжению блока; t_i - доля напряжении i-го уровня в общем блоке;

- параметры кривой усталости (предел выносливости , точка перелома N_G и показатели степени m₁ и m₂ наклонных прямых, аппроксимирующих кривую усталости).

8.3.3 Если кривая усталости аппроксимирована наклонной и горизонтальной прямыми линиями, т.е. m₂ = 0, то напряжения менее в расчете не учитывают и используют уравнение

 

(8.6)

 

где N_сум - суммарное количество циклов за срок службы детали;

N_G - число циклов, соответствующее точке перелома кривой усталости;

a_p - параметр, корректирующий линейную гипотезу накопления повреждений при нерегулярном нагружении, для конструкций МВПС принимают равным от 0,5 до 1,0;

n_p - коэффициент перегрузки.

Примечания

1. Согласно корректированной линейной гипотезе накопления повреждений условие разрушения имеет вид

 

 

2. Коэффициент перегрузки определяют соотношением

 

 

где - максимальное напряжение в предельном блоке нагружения, который подобен действующему и вызывает разрушение при числе циклов N_сум.

 

Уравнение (8.6) позволяет определить медианное (соответствующее вероятности разрушения 50%) число циклов.

8.3.4 Для расчета ресурса, соответствующего вероятности разрушения p, используют формулу

 

, (8.7)

 

где U_p - квантиль нормального распределения, соответствующая вероятности разрушения p, %;

- относительный коэффициент запаса;

, - коэффициенты вариации нормально распределенных величин предела выносливости и максимального напряжения в действующем блоке нагружения.

Коэффициенты вариации при расчете принимают равными от 0,10 до 0,15.

Относительный коэффициент запаса вычисляют по формуле

 

, (8.8)

 

где - действительный коэффициент нагруженности детали.

8.3.5 Для кривой усталости, аппроксимируемой двумя наклонными прямыми линиями с показателями наклона m₁ и m₂, используют уравнение, аналогичное уравнению (8.6)

 

(8.9)

 

В этом случае при расчете учитывают все напряжения из блока нагружения.

8.3.6 Порядок расчета:

- по уравнениям (8.6) или (8.9) строят кривую зависимости суммарного числа циклов от коэффициента перегрузки n_p;

- по этой кривой для заданного срока службы, выраженного суммарным числом циклов N_сум, определяют соответствующее значение n_p;

- вычисляют значения действительного коэффициента нагруженности К_Н и относительного коэффициента запаса по (8.8);

- по формуле (8.7) вычисляют значения квантилей U_p и по таблице нормального закона распределения определяют вероятность разрушения p или безотказной работы (1 - p).

8.3.7 Вероятность разрушения базовых частей в течение назначенного срока службы p должна быть не более 10^-4 (0,01%).

8.3.8 Расчет может быть выполнен в обратном порядке, т.е., задавшись вероятностью разрушения детали p, по уравнениям (8.6) или (8.9), формулам (8.7) и (8.8) определяют ресурс, соответствующий этой вероятности.

В общем случае кривая усталости может быть аппроксимирована другими функциями, например, степенной.

Пример расчета долговечности приведен в приложении В.