На правах рукописи

Чура Михаил Николаевич

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАЧАЛЬНОЙ СТАДИИ УСТАЛОСТНОГО

РАЗРУШЕНИЯ СУДОВЫХ ГРЕБНЫХ ВАЛОВ

Специальность 05.08.05 – Судовые энергетические установки

и их элементы (главные и вспомогательные)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новороссийск – 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Файвисович Александр Викторович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Иванченко Александр Андреевич кандидат технических наук, доцент Пальчик Казимир Беркович

Ведущая организация: ОАО «Ростовское центральное проектноконструкторское бюро «Стапель»

Защита состоится «28» октября 2011 года в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 223.007.01 при ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова» по адресу: 353918, г. Новороссийск, пр. Ленина,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова».

Отзывы на автореферат, заверенные печатью организации, присылать ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 353918, г. Новороссийск, пр. Ленина, 93. ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова»

Автореферат разослан «27» сентября 2011 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 223.007.01, доктор технических наук, доцент Е.В. Хекерт

Общая характеристика работы

Опыт эксплуатации конструкций различного назначения, в том числе морских и речных судов, показывает, что их надежность в эксплуатации в существенной степени зависит от прочности и долговечности конструктивных элементов. Известно, что подавляющее большинство конструктивных элементов при эксплуатации воспринимают переменные во времени нагрузки, которые являются основным условием возникновения и развития усталостного разрушения. Это в полной степени относится к судовым гребным валам, тем более что в этом случае процесс усталостного разрушения происходит при одновременном воздействии на вал поверхностно-активной среды – морской или пресной воды. Выявленные причины повреждений гребных валов показывают, что большая часть повреждений (более 60% случаев) явились следствием усталости и коррозионной усталости гребных валов.

Существующая тенденция к увеличению мощности энергетических установок, применяемых на транспортных судах, повышает риск усталостных разрушений пропульсивного комплекса судна и гребного вала, в частности.

Восстановление, ремонт и замена этих элементов, особенно подводной части судна, производят только после вывода судна из эксплуатации. Поэтому вопросы прогнозирования технического состояния таких элементов играют важную роль в процессе эксплуатации судна и снижении непроизводственных затрат судовладельца, связанных с простоем судна.

В настоящее время известны методики, прогнозирования роста усталостных макротрещин. В тоже время, процесс зарождения и распространения малых усталостных трещин освещен в литературе недостаточно полно, несмотря на то, что именно на эту стадию приходится значительная доля полной долговечности конструктивных элементов. Прогнозирование процессов зарождения и развития малых трещин важно еще и потому, что трещина на этой стадии имеет размеры порядка нескольких зерен микроструктуры материала и находится на грани возможности обнаружения методами промышленной дефектоскопии, что не позволяет контролировать процесс ее роста при эксплуатации судна.

Актуальность работы определяется необходимостью количественной оценки длительности начальной стадии процесса усталостного разрушения гребных валов и установления критических размеров трещинообразных дефектов.

Объектом исследования являются судовые гребные валы.

Предметом исследований является кинетика малых усталостных трещин.

Целью работы является создание методики прогнозирования начальной стадии усталостного разрушения судовых гребных валов.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

1. Провести анализ существующих критериев усталостной прочности, применяемых к начальной стадии усталостного разрушения.

2. Опытным путем установить закономерности кинетики малых трещин в конструкционном материале судового гребного вала при испытании образцов на воздухе и в морской воде.

3. Создать феноменологическую и математическую модели, описывающие рост малых усталостных трещин в поликристаллическом материале.

4. Разработать методику прогнозирования начальной стадии усталостного разрушения судовых гребных валов, позволяющую решать различные прикладные задачи, связанные с их эксплуатацией.

Методы исследования. Основные теоретические и экспериментальные результаты, представленные в диссертации, получены с помощью математического аппарата механики деформированного твердого тела, в том числе численных методов, и проведении лабораторных испытаний образцов на испытательных машинах, включая эксперименты на вновь разработанной установке.

';

На защиту выносятся следующие научные результаты:

1. Кинетические закономерности роста малой усталостной трещины в стали 35 на воздухе и в морской воде.

2. Феноменологическая и математическая модели начальной стадии усталостного разрушения конструкционных поликристаллических материалов.

3. Методика прогнозирования начальной стадии усталостного разрушения судовых гребных валов.

Новизна первого научного результата заключается в установлении существенных отличительных особенностей кинетики малой трещины от кинетики макротрещины и количественном определении границы перехода малой трещины в макротрещину.

Новизна второго научного результата заключается в формулировании основных закономерностей кинетики роста малой трещины, составляющих основу предложенной феноменологической модели.

Новизна третьего научного результата состоит в разработке новой расчетной методики прогнозирования начальной стадии усталостного разрушения судового гребного вала.

Достоверность научных результатов обеспечивается использованием испытательного и измерительного оборудования, прошедшего соответствующие поверки, и использованием в проведении эксперимента методик в соответствии с действующими нормативными документами. Результаты расчетов, выполненные с помощью предлагаемой методики прогнозирования продолжительности начальной стадии усталостного разрушения судовых гребных валов, находятся в удовлетворительном соответствии с данными лабораторных испытаний и с фактическими данными наработки гребных валов.

Практическая ценность работы. Материалы работы были использованы на трех предприятиях, осуществляющих эксплуатацию морских судов в Азово-Черноморском бассейне, при решении задач, связанных с ремонтом и эксплуатацией судовых гребных валов. В частности для определения рабочего ресурса гребного вала при планировании мероприятий по его ремонту и замене, а так же для определения наиболее опасных зон на поверхности вала.

Разработанная методика прогнозирования может быть использована проектными и судоремонтными организациями для оценки прочности и ресурса гребных валов судов или других конструктивных элементов, выполненных из исследуемого материала.

Апробация результатов исследования. Основные результаты исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на: трех академических научно-практических конференциях; трех городских научнопрактических конференциях; трех региональных научно-технических конференциях; одной всероссийской научной конференции; трех международных научно-практических конференциях.

Основные результаты диссертационных исследований опубликованы в 18 научных трудах, из них 2 статьи по перечню ВАК Минобрнауки РФ, имеется 3 акта внедрения судоходными компаниями (ООО «ЮгБункерСервисКавказ», ООО «Альфамарин», ООО «Балт-Марин») и 1 акт внедрения судоремонтным предприятием (ОАО «Новороссийский судоремонтный завод»).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, 8 приложений, списка использованной литературы, включающего 104 наименования. Работа изложена на 126 страницах машинописного текста, содержит 64 иллюстрации и 21 таблицу.

В первой главе рассмотрены вопросы эксплуатационных повреждений гребных валов. Анализ статистических данных показал, что порядка 9% аварий судов связаны с отказами валопроводов. Рассмотрены известные предложения о делении процесса усталостного разрушения на стадии, отмечено, что начальная стадия усталостного разрушения включает в себя этапы зарождения и роста малой усталостной трещины Выполнен анализ существующих критериев начальной стадии усталостного разрушения, который позволил выделить несколько основных направления моделирования процесса, среди которых:

критерии механики рассеянных повреждений, основанные на применении параметра поврежденности материала;

• энергетические критерии усталостного разрушения, основанные на применении параметра рассеянной энергии;

• критерии, использующие подходы линейной механики разрушения.

На основе выполненного анализа данных литературных источников сделаны выводы, определены цели и задачи диссертационной работы. Научной целью диссертационной работы является создание феноменологической и математической моделей кинетики малых трещин в материалах гребных валов с учетом конструктивных особенностей и условий их нагружения.

Практической целью диссертационной работы является создание методики прогнозирования кинетики малых трещин с учетом условий эксплуатации гребных валов.

Определены задачи, которые необходимо решить для достижения поставленных целей:

исследование механических свойств конструкционного материала гребного вала в условиях статического и циклического нагружения на воздухе и в морской воде;

изучение кинетики усталостных повреждений, развивающихся в поверхностном слое гладких образцов материала гребного вала, установление и формулирование основных закономерностей роста малых трещин в конструкционном материале гребного вала;

создания феноменологической и математической моделей процесса развития малых трещин;

проведение численного анализа напряженно-деформированного состояния гребного вала с учетом его конструктивных особенностей, геометрии и условий нагружения;

создания методики прогнозирования начальной стадии накопления и роста усталостных повреждений в гребных валах.

Создание методики прогнозирования кинетики и продолжительности роста малых трещин позволит решать такие прикладные задачи, как:

устанавливать допускаемый (безопасный) размер трещинообразного дефекта в зависимости от его расположения и условий нагружения гребного вала;

определять продолжительность остаточного рабочего ресурса гребного вала в зависимости от размера и местоположения имеющегося трещинооборазного дефекта;

принимать оптимальные решения при выборе технологий ремонта гребного вала с трещинообразным дефектом;

использовать расчетные данные по кинетике малых трещин при планировании продолжительности межосмотровых периодов гребного вала, а также на стадии их проектирования.

Во второй главе описана методика и оборудование, использованное в экспериментальных исследованиях. Для проведения усталостных испытаний гладких образцов на воздухе и в морской воде была использована установка МУИ-6000 со специально изготовленной проточной камерой. Для исследования кинетики роста трещин и микроструктуры материала использовался металлографический микроскоп ММУ-3У4.2 с цифровой фотокамерой Canon Power Shot A50.

При проведении испытаний образцов в условиях совместного действия изгиба и кручения была использована разработанная автором установка (Решение о выдаче патента от 7 июня 2011г. по заявке № 2010125542/28(036271) в Роспатент).

Анализ микроструктуры стали 35 выполнялся методом сравнения с эталонными шкалами. По данным статических испытаний образцов были получены диаграммы растяжения стали 35.

Кривые усталостного разрушения стали 35 (рис. 1), устанавливающие связь между максимальным значением напряжений цикла нагружения и долговечностью образца построены по данным усталостных испытаний. Для данных кривых выполнен расчет границ 95%-ной доверительной области, определены коэффициенты корреляции.

Исследование процесса зарождения усталостных трещин и дальнейшего их роста (кинетики) было проведено при испытании образцов на воздухе и в морской воде. Сделан вывод о том, что уже после сравнительно непродолжительного времени нагружения (1 – 3% от общей долговечности) на поверхности образца появлялись трещинообразные дефекты длиной 10 – 30 мкм.

При дальнейшем нагружении количество зародившихся трещин увеличивалось и наблюдался прирост ранее появившихся трещин. Отмечено, что на начальной стадии испытаний образцов ориентация зародившихся микротрещин относительно оси приложения нагрузки хаотична. Это свидетельствует о существенном влиянии на ранней стадии формирования рассеянных усталостных повреждений произвольной ориентации по объему образца зерен микроструктуры материала, границы которых являются локальными силовыми барьерами для микротрещин, а также о существенной неоднородности локального напряженно-деформированного состояния конструкционного поликристаллического материала.

Рис. 1 Кривые усталостного разрушения образцов стали Отмечалось зарождение и небольшой прирост микротрещин в пределах границ одного зерна и при напряжениях ниже предела выносливости стали 35 на воздухе (при = 220 МПа), но при дальнейшем нагружении рост трещин прекращался. Это означает, что в пределах границ силовых барьеров, которыми выступают границы зерен, образование микротрещин возможно и при уровнях циклических напряжений ниже предела выносливости на воздухе, но для дальнейшего их роста, связанного с преодолением границ зерен, при испытании образцов на воздухе требуется уровень напряжений выше, чем предел выносливости. Этот вывод подтверждается экспериментальными данными кинетики микротрещин при испытании образцов в морской воде при напряжениях ниже предела выносливости материала на воздухе. В этом случае зародившиеся микротрещины продолжают свое развитие, преодолевая границы зерен, что объясняется специфическим действием коррозионной среды (морской воды), обуславливающей протекание электрохимического процесса в устье трещины, облегчающего преодолевание границ зерен.

Процесс зарождения и роста трещин на ранней стадии усталостного разрушения на основании полученных экспериментальных данных можно представить следующим образом. Для стали 35, как и для большинства углеродистых сталей, характерно зарождение трещин в телах зерен, нежели на их границах. При испытании образца при напряжениях выше предела выносливости микротрещина развивается в пределах границ зерна, а затем приостанавливает свой рост. Границы зерен, фаз или включений играют роль силовых барьеров, у трещин не хватает энергетического потенциала для преодоления этих барьеров. По мере дальнейшего нагружения происходит накопление трещиной энергии деформаций, что в конечном итоге приводит к прохождению трещиной силового барьера. Аналогичная ситуация происходит при достижении следующей границы зерна, однако в этом случае трещина имеет сравнительно больший размер, соответственно представляет собой более сильный концентратор напряжений, поэтому процесс преодоления силового барьера происходит быстрее. На ранней стадии усталостного разрушения зарождается множество трещин различных размеров и ориентаций. При дальнейшем нагружении образца происходит развитие всех микротрещин, но с разной скоростью, что связано как с неоднородностью напряженнодеформированного состояния различных зерен, так и с наличием локальных силовых барьеров на пути развития этих трещин. На начальном этапе испытаний образца выделяются по интенсивности своего развития, как правило, – 4 основные трещины, которые в дальнейшем, взаимодействуя между собой, могут сливаться в одну магистральную макротрещину, имеющую характерный размер на порядок больший размера зерна. Развитие процесса усталостного разрушения путем слияния близко расположенных друг от друга микротрещин характерен для различных конструкционных поликристаллических материалов, в том числе и для стали 35.

На рисунке 2 приведен пример такого явления.

Рис. 2 Слияние двух микротрещин (max = 300 МПа) а) при N = 60 000 циклов нагружения; б) при N = 75 000 циклов нагружения Как видно на фото «а» в процессе циклического нагружения образца образовались и самостоятельно развивались до некоторого размера, сопоставимого с размером зерна, две трещины примерно одной ориентации. Являясь концентраторами напряжений, они создали перед собой напряженнодеформированное состояние, обусловившее дальнейшее их слияние, что и показано на фото «б». Вновь образовавшаяся трещина скачкообразно увеличила свой размер, и дальнейшее ее развитие уже проходило по механизму, соответствующему макротрещине. Данный пример еще раз характеризует специфику развития процесса усталостного разрушения на стадии малой трещины, заключающуюся в существенной рассеянности микроповрежений по объему материала, в неравномерности их роста и возможности взаимодействия, в том числе, слияния.

Пример кинетики малой трещины с момента ее возникновения и до образования магистральной макротрещины приведен на рисунке 3.

По данным графика изменения средней скорости роста малой трещины следует отметить, что ее кинетика в пределах размера примерно 200 мкм, что на порядок больше характерного размера зерна стали 35, представляет собой весьма неравномерный характер. Это подтверждает специфику развития малой трещины, на которую существенное влияние оказывает наличие силовых барьеров, таких как границ зерен. Дальнейший рост трещины характеризуется устойчивым увеличением ее скорости, что характерно для развития макротрещин. Можно сделать вывод о том, что малая трещина переходит в статус макротрещины именно в тот момент, когда барьеры микроструктуры перестают оказывать заметное влияние на скорость ее роста.

Полученные экспериментальные данные кинетики трещины позволили провести анализ продолжительности стадий зарождения микротрещины, развития малой трещины и развития макротрещины (рис. 4.).

Из рисунка видно, что данные, соответствующие зарождению микротрещин подвержены существенному разбросу и, соответственно, более широкому доверительному интервалу, чем аналогичные данные по завершению стадии малой трещины.

Это еще раз подтверждает основной вывод о специфичности кинетики усталостного разрушения на его ранних стадиях. Таким образом, продолжительностью второй стадии разрушения можно считать количество циклов, прошедших с момента зарождения микротрещины до момента формирования макротрещины, на которую микроструктурные барьеры уже не оказывают заметного влияния.

Рис. 3 Развитие трещины в образце при = 260 МПа max, Рис. 4 Кривые усталостного разрушения, зарождения трещин и перехода к В третьей главе сформулированы базовые положения разработанной модели, которые в своей совокупности рассматриваются как феноменологическая модель стадии роста малой трещины:

1) Объектом применения предлагаемой модели является стадия роста малой трещины, временной интервал которой определяется левой границей моментом зарождения в зерне конструкционного материала микротрещины с характерным размером сопоставимым с размером зерна, l d, и правой границей - моментом перехода малой трещины в макротрещину, l = 10d.

2) Развитие малой трещины в пределах зерна рассматривается как ее рост в сплошной однородной среде с интегральными механическими характеристиками данного конструкционного материала.

3) Напряженно-деформированное состояние отдельного зерна конструкционного материала считается как среднестатистическое и определяется из внешних нагрузок на образец и интегральных механических характеристик материала.

4) Средняя скорость роста малой трещины не зависит от изменения ее размера и определяется параметрами цикла переменных напряжений.

5) Кинетика роста малой трещины в экспериментальном образце и реальном конструктивном элементе считается одинаковой.

6) Влияние коррозионной среды сводится к изменению средней скорости роста малой трещины за счет облегчения деформирования поверхностного слоя образца (эффект Ребиндера) и снижения сопротивления силовых барьеров (границ зерен).

Эти положения лежат в основе математической модели.

Анализ кинетики трещины (рис. 5 – 7) позволяет сделать вывод: трещины размером меньше 10dcp имеют значительно больший разброс значений параметра скорости роста, нежели трещины с размером, превышающим величину 10dcp. Это объясняется существенным влиянием на рост малой трещины различных силовых барьеров, в первую очередь, границ зерен. Очевидно, что на данном этапе разрушения малая трещина не проявляет себя как мощный концентратор напряжений, в отличие от макротрещины, на рост которой границы зерен не оказывают заметного влияния.

Характерные особенности кинетики малой трещины хорошо видны при рассмотрении данных роста отдельных трещин. На рис. 8 – 10 приведены наиболее характерные экспериментальные данные по кинетике поверхностных трещин в гладких образцах стали 35. Кроме точек, соответствующих экспериментальным данным, на рисунках показаны пунктиром полосы разброса.

Анализ этих данных позволяет сделать следующие выводы:

1) полоса разброса для значений скорости роста трещины размером меньше 10dcp (малая трещина) существенно больше полосы разброса для трещины размером больше 10dcp (макротрещина);

2) скорость малой трещины во всем своем диапазоне длины практически не изменяется (не зависит от длины трещины) и зависит только от величины напряжения (малая трещина не проявляет себя в качестве концентратора напряжений), тогда как скорость макротрещины существенно зависит и от ее длины: с увеличением размера трещины ее скорость заметно возрастает;

3) размер трещины 10dcp можно принять за правую границу второй стадии разрушения, соответствующей развитию малой трещины.

Данные выводы являются экспериментальным подтверждением принятых положений 1 и 4, приведенные в феноменологической модели.

Полная долговечность конструктивного элемента определяется как сумма циклов нагружения, затрачиваемых на три стадии разрушения:

где NI – стадия зарождения микротрещины (в пределах среднего диаметра зерна); NII – стадия роста малой трещины; NIII – стадия роста макротрещины.

Используя выводы по кинетике малой трещины, и зная количественное определение правой границы первой стадии, численное прогнозирование стадии NII можно свести к определению средней скорости роста малой трещины dl/dN, м/цикл Рис. 5 Кинетика трещины при max = 240МПа dl/dN, м/цикл Рис. 6 Кинетика трещины при max = 260МПа dl/dN, м/цикл Рис. 7 Кинетика трещины при max = 280МПа dl/dN, м/цикл Рис. 8 Изменение скорости роста трещин при max = 240МПа dl/dN, м/цикл Рис. 9 Изменение скорости роста трещин при max = 260МПа dl/dN, м/цикл Рис. 10 Изменение скорости роста трещин при max = 280МПа Первое и второе слагаемые в правой части (3) определены по результатам эксперимента и представляют собой зависимости от наибольших значений напряжений цикла нагружения Продолжительность третьей стадии роста макротрещины:

где f(K1) – функция от размаха коэффициента интенсивности напряжений K1, определяется исходя из условий нагружения и геометрии образца;

lкр, – критический размер трещины, предшествующий полному разрушению;

здесь – относительная длина трещины по поверхности, находится из формулы:

где Y – безразмерный коэффициент, зависящий от относительного размера трещины, определяемый по формуле:

здесь K1fc – критический коэффициент интенсивности напряжений.

С учетом выражений (3) – (7), средняя скорость малой трещины (2) может быть определена по формуле:

Полученное выражение (10) средней скорости роста малой трещины может быть несколько преобразовано, если объединить первую и вторую стадии разрушения. Это действие не внесет существенную ошибку в определение средней скорости роста малой трещины, т.к. протяженность стадии зарождения микротрещины (NI) существенно меньше стадии роста малой трещины (NII). При этом не потребуется экспериментально находить коэффициенты выражения (5), что существенно упростит использование предлагаемой модели и методики расчета реального вала.

Выражение средней скорости малой трещины, Vcp, с учетом указанных изменений, примет следующий вид Рассмотрим сходимость результатов расчета продолжительности стадии роста малых трещин по предложенной модели с экспериментальными данными, полученными на образцах стали 35, а также с результатами расчета по известной модели Хобсона-Брауна (рис. 11).

max, Рис. 11 Сравнительной анализ расчета по предложенной модели с экспериментальными данными и результатами расчета по модели Хобсона-Брауна Сравнение полученных расчетных данных с результатами эксперимента показали, что предлагаемая в данной работе модель дает удовлетворительные результаты прогнозирования продолжительности стадии роста малой трещины (относительная погрешность не превышает 10% относительно данных эксперимента).

Методика расчета продолжительности начальной стадии усталостного разрушения может быть представлен следующим алгоритмом (рис. 12):

НАЧАЛО

Режим работы «история» Расчет продолжительнонагружения сти стадии «малых трегребного вала Рис. 12 Алгоритм расчета начальной стадии усталостного разрушения Итогом расчетов является продолжительность начальной стадии усталостного разрушения, выраженная в количестве циклов нагружения.

В четвертой главе представлен расчет гребного вала, включающий в себя определение действующих нагрузок и напряженно-деформированного состояния гребного вала методом конечных элементов.

В работе рассматривались систематические нагрузки, такие как крутящий момент, сила упора винта, контактное давление на поверхность посадки винта, сила тяжести вала и винта, гидродинамический момент в вертикальной плоскости.

Результаты расчета гребного вала (рис. 13) показали, что наибольшие напряжения возникают в районе кромки кормовой облицовки, конуса посадки гребного винта и шпоночного паза, что согласуется со статистическими данными. Конструктивная особенность вала т/х «Волгонефть» заключается в том, что кормовая опора расположена консольно вне корпуса судна, что затрудняет процесс обслуживания и диагностирования протечек морской воды.

Согласно расчету продолжительность первых двух стадий усталостного разрушения гребного вала т/х «Волгонефть» пр. 1557/550А составляет 211 330 523 циклов нагружения, что соответствует порядка 9 392 часа.

Рис. 13 Распределение эквивалентных напряжений по Мизесу Согласно данным Средне-Волжского управления Российского речного регистра наработка гребного вала до обнаружения повреждений составила от 8 500, до 40 000 часов (рис. 14), при этом средняя наработка гребного вала составила 18 020 часов (рассматривались суда типа «Волгонефть» проектов 550, 558, 1577, 550А).

Эта информация приведена на рисунке 14, где точками указана продолжительность работы гребных валов до обнаружения в них заметных трещинообразных дефектов. Пунктирной линией показано расчетное значение продолжительности начальной стадии усталостного разрушения гребного вала судов указанных выше проектов, а сплошной – общая долговечность гребного вала.

Рис. 14 Наработка гребных валов до обнаружения повреждений, час Сопоставляя эксплуатационные данные (точки) с результатами расчета (пунктирная линия) можно отметить, что фактические значения наработки гребного вала до момента обнаружения трещин, в общем, совпадают с расчетными, а некоторое превышение фактической наработки объясняется условиями эксплуатации гребного вала на долевых режимах работы главного двигателя.

Основными результатами выполненных лабораторных и теоретических исследований являются следующее:

1. Выполнен статистический анализ повреждений и поломок гребных валов судов на основе данных доступных литературных источников.

2. Установлены качественные и количественные закономерности кинетики малых усталостных трещин в конструкционном материале судового гребного вала (сталь 35), как при испытании образцов на воздухе, так и в морской воде, с использованием специально разработанной автором испытательной установки.

3. Приведено количественное обоснование момента перехода малой усталостной трещины в макротрещину.

4. Сформулированы основные положения феноменологической модели начальной стадии усталостного разрушения на основе установленных в рамках данной работы основных закономерностей кинетики малых усталостных трещин.

5. Предложена математическая модель и методика прогнозирования начальной стадии усталостного разрушения судового гребного вала, позволяющая:

- определить продолжительность начальной стадии усталостного разрушения гребного вала (до возникновения макротрещины) в зависимости от условий его эксплуатации;

- оценить остаточный рабочий ресурс гребного вала;

- установить допускаемые безопасные характерные размеры дефектов в зависимости от их местоположения, геометрии и режима нагружения гребного вала;

- получить количественную информацию о локальной прочности гребного вала при решении эксплуатационных и ремонтных задач.

6. Осуществлена проверка результатов расчета по предложенной методике на сходимость с данными эксперимента и результатами расчетов, выполненными по моделям других авторов.

7. Выполнен расчет продолжительности начальной стадии усталостного разрушения гребного вала т/х «Волгонефть» пр. 1577/550А. Результаты расчета сравнивались с фактической наработкой валов до обнаружения в них трещин, отмечено взаимное соответствие данных.

Материалы работы были использованы тремя судоходными компаниями, осуществляющих деятельность в Азово-Черноморском бассейне, при решении задач, связанных с ремонтом и эксплуатацией судовых гребных валов.

Основные публикации по теме диссертации в изданиях по перечню 1. Чура, М.Н. Разработка электроискровой установки для нанесения инициирующих надрезов/ М.Н. Чура, Р.А. Починков // Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. Спецвыпуск. Техн. науки.– 2008.– С. 84-88. (№ 70416 по перечню ВАК 2008 г.) 2. Чура, М.Н. Методика прогнозирования роста малых усталостных трещин в гребных валах морских судов // Эксплуатац. мор. тр-та. 2011 №1 (63). С. – 63. (№ 2044 по перечню ВАК 2011 г.) 3. Починков, Р.А. Кинетика начальной стадии усталостного разрушения в никель-алюминиевых бронзах/ Р.А.Починков, Чура М.Н. // Мат. VIII городской науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Пятигорск: изд. ПГЛУ, 2008. – C. 73 – 77.

4. Починков, Р.А. Влияние термообработки на развитие усталостного разрушения никель-алюминиевых бронз/ Р.А. Починков, М.Н. Чура // Мат. VIII городской науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Пятигорск: изд. ПГЛУ, 2008. – C. 77 – 81.

5. Файвисович, А.В. Методика проведения и статистическая обработка результатов усталостного эксперимента / А.В. Файвисович, М.Н. Чура, Р.А. Починков // Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовка кадров на Юге России: мат. VII региональн. науч.-техн. конф. в 2 ч.: Ч. 2. – Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2008. – С. 63 – 65.

6. Чура, М.Н. Влияние содержания углерода на место зарождения малых трещин в микроструктуре углеродистых сталей // Бъдещи изследвания: мат.

V международн. науч.-практ. конф.: Том 11. – София: Бял ГРАД-БГ ООД, 2009. – С. 38 – 41.

7. Чура, М.Н. Влияние коррозионной среды на кинетику начальной стадии усталостного разрушения углеродистой стали // Мат. IХ городской науч.практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Новороссийск: РИО НПИ КубГТУ, 2009. – C. 136 – 141.

8. Чура, М.Н. Кинетика начальной стадии усталостного разрушения углеродистой стали // Сб. науч. трудов МГА. Вып. 14. – Новороссийск: МГА им.

адм. Ф.Ф.Ушакова, 2009. – С. 75 – 77.

9. Чура, М.Н. Стадии процесса развития малых трещин в углеродистой стали // Бъдещи изследвания: мат. VI международн. Науч.-практич. конф.: Том 14.

– София: Бял ГРАД-БГ ООД, 2010. – С. 14 – 17.

10. Чура, М.Н. Развитие малых трещин в углеродистой стали. Стадии процесса разрушения // Новое поколение в науке: сб. тезисов науч.-практич.

конф. – Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2009. – С. 24 - 25.

11. Чура, М.Н. Анализ статистических данных повреждений гребных валов // Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовки кадров на Юге России: мат. VIII рег. науч.-техн. конф. в 2ч.: Ч.2. –Новороссийск: МГА им.

адм. Ф.Ф.Ушакова, 2010. – С. 43–45.

12. Чура, М.Н. Определение продолжительности стадии развития малой трещины при расчетах гребных валов на усталость // Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах: труды VII Всеросс. науч. конф. молодых ученых и студентов в 2 т.: Т. 2. – Краснодар: Просвещение-Юг, 2010. – С. 176 – 178.

13. Чура, М.Н. Анализ напряженно-деформированного состояния гребных валов судов типа «Волгонефть» пр. 1557/550А / М.Н. Чура, С.Г. Ярошевич // Новое поколение в науке: сб. тезисов науч.-практич. конф. – Новороссийск:

МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2010. – С. 26 – 29.

14. Починков, Р.А. Некоторые вопросы усталостной прочности сложных динамических систем / Р.А. Починков, М.Н. Чура // Инновация, экология и ресурсосберегающие технологии на предприятиях машиностроения, авиастроения, транспорта и сельского хозяйства: труды IX международн. науч.техн. конф. – Ростов н/Д: ИЦ ДГТУ, 2010 – С. ХХ – ХХ.

15. Чура М.Н., Файвисович А.В. Усталостное разрушение судовых гребных валов: отчет по НИР. Деп. ВНТИЦ номер госрегистрации № 01201061435, инвентарный номер № 02201056756, 2010 – 57 с.

Отпечатано в редакционно-издательском отделе ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф.Ушакова»