Метод статистического моделирования

Метод статистического моделирования надежности основан на так называемом методе Монте-Карло. Суть метода Монте-Карло состоит в использовании данных предыдущего опыта для оценки возможных ситуаций в будущем. Принципиальная особенность метода состоит в том, что влияние различных случайных факторов в процессе опыта учитывается не расчетным, а игровым способом. В качестве универсального механизма случайного выбора используется совокупность случайных чисел, равномерно распределенных в интервале (0 – 1), которые вырабатываются датчиком случайных чисел. Случайные числа используются для получения дискретного ряда случайных переменных, имитирующих результаты, которые можно было бы ожидать в соответствии с вероятностным распределением, полученным на основании предыдущего опыта.

37. Износом называется изменение размеров, формы, массы или состояния поверхности изделия вследствие разрушения (изнашивания) микрообъемов поверхностного слоя изделия при трении.

Износ материалов классифицируется по следующим категориям: механический, молекулярно-механический, коррозийно-механический. Механическое изнашивание происходит в результате только механических воздействий материалов изделия; молекулярно-механическое изнашивание сопровождается также воздействием молекулярных или атмосферных сил; коррозионно-механическое изнашивание происходит при трении материала, вступившего в химическое взаимодействие со средой. При абразивном изнашивании на трущихся поверхностях, имеющих абразивные частицы, разрушение поверхности происходит за счет резания и царапания с отделением стружки. Хотя, как правило, принимаются меры для того, чтобы избежать износ этого вида, обладающего большой интенсивностью, для его возникновения имеется много причин. Усталостное изнашивание является следствием циклического воздействия на микровыступы трущихся поверхностей. Отделение частиц может также происходить в результате наклепа поверхностного слоя, который становится хрупким и разрушается (иногда его называют изнашиванием при хрупком разрушении). Адгезионное изнашивание связано с возникновением в локальных зонах контакта поверхностей интенсивного молекулярного (адгезионного) взаимодействия, силы которого превосходят прочность связей материала поверхностных слоев с основным материалом. Образование адгезионных связей происходит в процессе механического взаимодействия микровыступов контактирующих тел и сопровождается, как правило, значительным изменением потенциальной энергии поверхностных слоев. Это облегчает проявление атомно-молекулярных сил, которые зависят от природы контактирующих материалов. Адгезионное изнашивание всегда связано с фракционным переносом материала с одного тела на другое или с образованием прослоек. Изнашивание в условиях избирательного переноса характеризуется атомарными явлениями в зоне контакта и приводит к практически безизносным парам. Образовавшийся на поверхности в результате своеобразных механико-химических процессов мягкий и тонкий слой, обеспечивает минимальное трение и способствует равномерному распределению давлений по поверхности трения. Окислительное изнашивание происходит при наличии на поверхности трения защитных пленок, образовавшихся в результате взаимодействия материала с кислородом. Изнашивание при фреттинг-коррозш происходит при относительных колебательных перемещениях контактирующих металлических поверхностей в результате вибраций при периодических деформациях элементов конструкции. На участках, поврежденных фреттинг-коррозией, протекают процессы схватывания, абразивного разрушения, усталостно-коррозионного явления.

38. В результате износа сопряженных деталей происходит изменение их относительного положения, которое будем называть износом сопряжения. Износ сопряжения является той геометрической характеристикой, которая непосредственно связана с потерей у изделия (ЛА) их начальных служебных свойств. Он является выходным параметром сопряжения.

39. Износ механизмов. В механизмах ЛА, как правило, имеется рад сопряженных поверхностей, при этом износ может протекать различным образом. Если износ каждого сопряжения не оказывает влияния на процесс изнашивания других элементов, то их расчет и анализ можно производить независимо, а затем оценивать суммарное воздействие износа сопряжений на выходные параметры механизма. Однако имеется большое число механизмов и сопряжений, износ отдельных поверхностей которых взаимосвязан и не может быть рассмотрен изолированно. Предельные износы механизмов. При оценке работоспособности механизма необходимо установить предельно допустимые значения износа его звеньев. Это - весьма сложная задача, поскольку к механизму в целом и к его деталям предъявляются самые разнообразные требования. Хотя нормативы на предельные износы в настоящее время имеются, как правило, для весьма ограниченной номенклатуры деталей, часто они недостаточно обоснованы и на практике при каждом ремонте приходится решать - могут ли изношенные детали продолжать выполнять свои функции либо их надо заменять, или ремонтировать.

При занижении значений предельных износов срок службы деталей используется не полностью; при их завышении возрастает доля аварийных ремонтов из-за отказа деталей в межремонтный период. Поэтому незнание допустимых предельных износов деталей всегда ведет к увеличению простоев и затрат на ремонт.

Показателями износа являются следующие данные; линейный износ - изменение размера поверхности при ее износе, измеренное в направлении, перпендикулярном поверхности трения; скорость изнашивания - отношение величины износа ко времени, в течение которого он возник (ГОСТ 16429-70). Интенсивность изнашивания -отношение величины износа к относительному пути трения s на котором происходит изнашивание.

40. Протекание износа во времени Изнашивание является многостадийным процессом, поэтому изменение износа во времени обычно выражается кривой, состоящей из двух или трех участков.

Классическая форма кривой износа состоит из трех участков. В период микроприработки I происходит изменение начального (технологического) рельефа поверхности в эксплуатационный период. В это время скорость изнашивания монотонно убывает до значения γ-const, характерного для периода II-установившегося (нормального) износа. Если нет причин, изменяющих параметры установившегося процесса изнашивания, то он протекает стационарно и возможные отклонения от средней скорости процесса за счет его стадийности не влияют на общую линейную зависимость износа от времени. Для некоторых случаев характерен период III-катастрофического износа, когда наблюдается интенсивное возрастание скорости изнашивания. Этот период связан, как правило, с изменением вида изнашивания в результате активизации факторов, влияющих на процесс и зависящих от степени износа. I

41. Коррозией называют самопроизвольное и необратимое разрушение материалов вследствие физико-химического взаимодействия со средой. Процессы коррозии в ряде случаев проявляются с действием механических факторов (трение, удар, растягивающие и переменные напряжения). Соответственно различают процессы: коррозионного истирания (трение); коррозионной кавитации (нагрев); коррозионного растрескивания; коррозионной усталости. Коррозия бывает химическая и электрохимическая. Химическая коррозия металлов и сплавов имеет место при контакте с сухими газами или некоторыми неэлектролитами (смазки, органические теплоносители). Типичными примерами химической коррозии являются процессы высокотемпературного окисления металлов и сплавов. Фреттинг-коррозия - особый вид разрушения металла на плотно контактирующих поверхностях в результате повторных тангенциальных микросмещений. Этот процесс можно считать пограничным между процессами химической коррозии и эрозии, поскольку интенсивность фреттинг-коррозии повышается с увеличением доступа кислорода, но уменьшается при увлажнении воздуха. Защитные мероприятия сводятся поэтому только к устранению микроконтактов между истирающимися поверхностями (уменьшение микросмещений, применение различных прокладок и др.).

Электрохимическая коррозия металлов и сплавов происходит при контакте с влажными газами и жидкими электролитами (водные растворы, расплавы). В этих процессах характерно пространственное разделение компонентов, участвующих в реакциях окисления (анодные реакции) и реакциях восстановления (катодные реакции).

К локальным видам коррозии относятся: межкристаллитная коррозия; коррозионное растрескивание; контактная коррозия; щелевая коррозия. Детали ЛА могут подвергаться также различным видам коррозии химической и электрохимической (в зависимости от назначения и способа эксплуатации).

К внутренним факторам коррозии относят обычно состав и структуру металлов и сплавов, специфические физико-механические и электрохимические свойства их поверхности и др.

Внешними факторами коррозии являются:

состав газовой среды или электролита (ионный состав, присутствие веществ-ускорителей или замедлителей коррозии в растворе); температура; скорость потока; контакт с другими металлами; наличие внешней поляризации и др. Такие важнейшие механические факторы, как остаточные напряжения в металле (трех родов), внешние растягивающие статические напряжения и переменные напряжения различного знака можно отнести и к внешним, и к внутренним факторам коррозии. Огромное влияние на ход коррозии оказывают пленки из продуктов коррозии, обладавшие различной степенью защитного действия, хе-мосорбция и физическая адсорбция различных веществ. Вопросы защиты ЛА от коррозии в условиях их хранения и работы имеет особое значение. Большинство технических металлов и сплавов подвергается атмосферной коррозии с питинговыми поражениями поверхностей. После введения ЛА в эксплуатацию каждый питинг становится не только концентратором напряжения, но и активным анодом - провокатором развития коррозионного процесса Коррозия при хранении изделий играет отрицательную роль, так как контроль за их состоянием ослабевает. Для ЛА химическая коррозия, связанная с высокотемпературным окислением металла в авиационных двигателях, является важным фактором, способствующим отказам ЛА.

42. Под старением понимают процесс медленного изменения физико-химических свойств материала. Явление старения присуще всем элементам. Старение материалов наблюдается при хранении и при их эксплуатации. Обычно старение обусловлено недостаточно стабильным состоянием материала в процессе длительного хранения или эксплуатации. При старении может происходить как улучшение, так и ухудшение определенных свойств материалов. Используемое в промышленности старение сплавов, естественное и искусственное, сопровождается выделением кристаллов новых фаз, является одним из основных методов улучшения определенных свойств некоторых сплавов, например, повышения механической прочности алюминиевых, медных и никелевых сплавов, жаропрочности никелевых сплавов и т. д. Такое улучшение свойств материала говорит лишь о значительной длительности технологического процесса изготовления материала. После того как технологический процесс изготовления материала завершится, старение будет отрицательно действовать на свойства материала. Процессы, происходящие при старении, существенно ухудшают механические свойства материалов: снижается прочность при растяжении, увеличивается хрупкость при низких температурах, снижается стойкость к истиранию. При старении каучуков и резины утрачивается их эластичность, увеличивается газопроницаемость и ухудшаются диэлектрические свойства. Скорость старения резинотехнических изделий зависит от структуры макромолекул, концентрации кислорода в окружающей среде, температуры поверхности соприкосновения с атмосферой, света, наличия катализаторов и кислотных продуктов. Для многих материалов процесс старения протекает без видимых признаков ухудшения свойств материалов. Эти изменения накапливаются постепенно и в отдельных случаях могут привести к внезапному скачку - разрушению или излому. Скорость процесса старения всех материалов может изменяться под воздействием внешних факторов: тепла, вибраций, кислорода, озона, влаги, электромагнитных полей, радиационных излучений и т. д. У ЛА старению подвержены в большей или меньшей степени все части и детали. В конечном итоге старение приводит к отказу, т. е. к потере надежности элемента, детали, всего ЛА. Зависимость между старением элементов и их надежностью, как правило, определяют по статистическим данным. Через 10-15 лет хранения ЛА надежность их из-за старения всех частей настолько снижается, что. невзирая на замену ряда состарившихся частей при профилактических ремонтах в процессе хранения, ЛА целесообразнее списать. В процессе непродолжительной эксплуатации ЛА старение не является преобладавшим фактором при отказах. Однако при продолжительной эксплуатации, исчисляемой месяцами, годами, старение может оказаться доминирующим фактором, определяющим отказы частей и всего ЛА. Для ЛА старение, наряду с другими факторами, может стать причиной отказов, несмотря на профилактические ТО и восстановительные ремонты.

43. Надежность восстанавливаемых систем зависит от того, как соединены элементы между собой, имеется ли резервирование или избыточность, зависимы элементы или нет. Надежность также зависит и от того, как происходит восстановление системы: мгновенно или за какой-то промежуток времени. И то, и другое может быть реализовано на ЛА. Восстановление системы может происходить после ее отказа, но может происходить и в течение заранее намеченного времени -планового профилактического ремонта. Кроме восстановления отказавшей системы, некоторое время расходуется на техническое обслуживание исправной системы в плановом или неплановом порядке, что влияет на величину некоторых показателей надежности восстанавливаемых систем. Восстановление системы может начаться сразу же после отказа, т. е. без ожидания, но оно может начаться и после определенного периода времени.

Дата добавления: 2015-04-30