ОЦІНКА І ПРОДОВЖЕННЯ ЗАЛИШКОВОГО РЕСУРСУ КРИТИЧНО ВАЖЛИВИХ ТЕХНІЧНИХ ПРИСТРОЇВ

Засвоєння розглянутих тут відомостей може виявитися корисним для прийняття грамотних рішень щодо продовження ресурсу безпечної експлуатації ОТУ з дорогими складовими частинами. Працездатність і конструктивність запропонованої тут концепції ілюструються конкретними і важливими для практики прикладами, що містять не тільки оригінальні моделі, але і правдоподібні рекомендації, що випливають з їх кількісного аналізу.

Концепція прогнозування параметрів, що визначають ресурс безпечної експлуатації технічних систем

При розгляді особливостей прогнозу довговічності ОТУ нижче враховується обмеженість обсягу цього підручника і необхідність у відповідних вихідних даних. З цих причин нижче описуються ОТУ в цілому, а лише ті їх критично важливі пристрої, які задовольняють наступним додатковим вимогам:

  • 1) наявність великого обсягу достовірних емпіричних даних про результати їх щорічного технічного діагностування, обслуговування та ремонту;
  • 2) придатність цієї інформації для статистичної оцінки ймовірності Q (t) відмови або часу Г до переходу цих пристроїв ОТУ в граничні стани з іншої причини;
  • 3) можливість виявлення відповідних ознак при діагностуванні поточного стану ОТУ і їх використання при достовірної апостеріорної оцінці даних показників.

З урахуванням вищевикладеного в якості інтегрального показника тривалість подальшої безпечної експлуатації ОТУ нижче пропонується використовувати гамма-процентний залишковий ресурс т у , задається напрацюванням (часом т допустимого функціонування) і вираженою у відсотках ймовірністю у недосягнення ним за цей період граничного стану. Що стосується методик, пропонованих для прогнозування параметрів Q (x), у і інтегрального показника т у в цілому, в сукупності визначають ресурс безпечної експлуатації ОТУ, то при обгрунтуванні їх складу та областей переважного використання слід виходити з таких основних вимог:

  • а) придатність подібних методів для об'єднання апріорних і апостеріорних даних при оцінці щойно згаданих кількісних характеристик;
  • б) облік таких специфічних особливостей досліджуваних ОТУ, як складність, декомпозіруемость і діагностованих розглянутих критично важливих частин.

Дотримання цих вимог при прогнозуванні перерахованих вище приватних і інтегрального показників можливо шляхом застосування двох методів:

  • 1) моделювання за допомогою діаграм причинно-наслідкових зв'язків і параметричних моделей теорії випадкових процесів;
  • 2) цілеспрямована статистична обробка вже накопичених і спеціально формованих емпіричних даних.

Серед відомих способів моделювання процесів втрати ресурсу найбільш перспективними вважаються мережі GERT, що дозволяють прогнозувати не тільки ймовірність Q (x) досягнення критично важливими частинами ОТУ їх граничного стану, а й необхідну для цього час т. Що ж стосується статистичної оцінки цих показників, то в даний час її поки не проводять для електротехнічних виробів - через неясність механізмів їх поступової деградації. Вважається також, що прогноз залишкового ресурсу механічних елементів доцільно здійснювати на основі результатів діагностики їх технічного стану і відомостей, отриманих застосуванням методів подібності в надійності.

З огляду на попереднє знайомство з можливостями модельного методу, тут обмежимося лише його згадкою. А ось для полегшення практичної реалізації другого (статистичного) методу прогнозу параметрів безпечної експлуатації механічного устаткування ОТУ нині рекомендується керуватися наступною класифікацією [35], заснованої на особливостях його конструкції, а також характеру навантаження і механізму руйнування:

  • а) рівень навантаженості елементів конструкції: низька - не більше 1/3 межі текучості матеріалу, середня - до 2/3 і висока - понад 2/3 даного межі;
  • б) конструктивна жорсткість подібних виробів, яка визначає характер їх напружено-деформованого стану: низька - малі товщини елементів, незначні залишкові напруги і відсутність їх конструктивних концентраторів; середня - наявність двох і тривимірних залишкових напруг і їх концентраторів, середня геометрична складність; висока - складна геометрія, присутність як елементів малої, середньої і великої товщини, так і конструктивних концентраторів великих залишкових напружень;
  • в) характер навантаження - статичне, циклічне і імпульсна (ударне);
  • г) обсяг неруйнівного контролю - що не підлягають такого контролю; підлягають лише вибірково (25-50%); піддаються в повному обсязі;
  • д) чутливість металів до концентрації напружень (в порядку зниження) - вуглецеві нормалізовані або поліпшені; вуглецево-марганцеві та низьколеговані; поліпшені, нормалізовані, леговані ніобієм, бором або низьколеговані хромомолібденові і нікелеванадіевие; низьколеговані термозміцнення; високолеговані термозміцнення;
  • е) небезпека механізму руйнування (в порядку зниження) - крихке і квазікрихкого; утомлююча і корозійно-втомне, руйнування в умовах повзучості; неприпустимі пластичні деформації і втрата стійкості.

Застосування цієї класифікації дозволяє встановлювати пріоритетність прогнозу параметрів безпечної експлуатації механічних частин ОТУ. В першу чергу він необхідний для конструктивних елементів, виготовлених з маловуглецевих і низьколегованих сталей, а в останню - з високолегованих і термоупрочнение, які схильні до крихкого руйнування. А ось при апріорній оцінці відповідних ймовірностей бажано виходити з концепції пошкоджуваності конструкційного матеріалу і процесу еволюційного досягнення нею граничних станів.

Що стосується пошкоджуваності П матеріалу, то під нею зазвичай мають на увазі погіршення його властивостей через появу різних мікротріщин, пор і розшарувань, утворених під впливом механічних зусиль, температурних напружень і несприятливої робочого середовища. Вважається також, що інтенсивність і руйнівний ефект подібних шкідливих проявів визначається відповідним навантаженням F, що змінює мікроструктуру конструкційний матеріал, а погіршення міцності виготовлених з нього елементів ОТУ - порушенням їх суцільності V F, що є як би доповненням до одиниці його вже реалізованої пошкоджуваності 0F = 1 П).

У порівнянні з одновимірним в'язким і крихким руйнуванням механічних елементів модель еволюційного накопичення пошкоджень [33] є більш досконалою. Справа в тому, що вона заснована на уявленні конструкційний матеріал у вигляді системи, що складається з приповерхневого і внутрішніх шарів, що дозволяє інтерпретувати втрату його суцільності під впливом навантажень як процес природної самоорганізації цієї системи, що супроводжується поступовою деградацією подібного матеріалу.

Інакше кажучи, даний підхід пов'язує причини погіршення експлуатаційних властивостей механічних елементів ОТУ з утворенням в їх конструкційному матеріалі різних дисипативних структур (просторово неоднорідних дислокацій в формі тріщин, пор і субзерен), призначених для розсіювання тієї частини підводиться до нього енергії, яка здатна до мимовільного перетворення в тепло. При цьому стає зрозумілим не тільки прискорене поява подібних структур в при поверхневому шарі (контактуючи із зовнішнім середовищем, він віддає їй частину тепла), але і обумовлене цим тимчасове зміцнення конструкційний матеріал, що сприяє збереженню несучої здатності навантажених механічних деталей завдяки тимчасовому гальмування приповерхневим шаром процесів розвитку і виходу назовні внутрішніх дислокацій.

Крім того, розгляд конструкційний матеріал механічних елементів як самоорганізується системи [30], в якій механізми деформування на мікро-, мезо- і макрорівнях обумовлені великим числом факторів і масштабної инвариантностью, підтверджує доцільність вибору моделей, що враховують і закони стохастичного подібності, і стадійність процесів, попередніх руйнування. Що стосується стадийности деформування і руйнування металу під впливом статичних і циклічних навантажень, то вона характеризується двома періодами - зародження (I) і поширення (II) тріщин, що передують руйнуванню елемента, що і представлено на рис. 7.1.

Періоди і стадії деформації з руйнуванням металу

Мал. 7.1. Періоди і стадії деформації з руйнуванням металу:

а - статичний розтяг; б - утомлююча руйнування

При цьому на стадії зародження тріщин (I) можна виділити наступні етапи накопичення ушкоджень (див. Рис. 7.1, а): 1) плинність (мікропластичної деформація переважно приповерхневого шару глибиною близько розміру зерна); 2) плинність (негомогенное пластичне деформування, яке спостерігається не завжди); 3) деформаційне зміцнення пластичного металу або разупрочнение високоміцного. Останній етап характеризується утворенням на поверхні металу субмікротріщини або інтенсивним підвищенням щільності дислокацій і появою дефектних структур, викликаних деформаційних старінням і фазовими перетвореннями його внутрішніх шарів.

А ось період поширення тріщин (II) при статичному розтягуванні, наприклад, викликаний початком шейкообразованія в комірчастої структурі дислокацій, тобто із зародженням пір на стінках раніше виниклих тріщин і освітою поворотних мод пластичної деформації. Подальше зростання і об'єднання пір, з'явилися між сусідніми осередками, призводять спочатку до послаблення і обриву роз'єднують їх перемичок, а потім - і до остаточного руйнування конструктивного елементу в результаті макроізлома конструкційний матеріал через зсуву або відриву його великих приповерхневих і внутрішніх шарів.

Що стосується втомного руйнування металу (див. Рис. 7.1, б), то йому властиві такі три стадії поширення відповідної тріщини: 1) пріпороговий зростання; 2) стабільне зростання;

3) прискорений (нестабільний) зростання. Вважається також, що даний період починається після досягнення коефіцієнтом інтенсивності напружень (або їх розмахом) порогової величини К ,, тоді як до цього можливо лише зародження малих втомних тріщин (заштрихована площа). Завершується ж даний період втомним руйнуванням металу при критичної величини К,., Даного параметра, що відповідає циклічному межі текучості конкретного металу.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >