Метод диагностики несущих металлоконструкций машин по размерам зоны упругопластической деформации

• Автор: Толоконников, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 175 с. : ил.

1. ПРОБЛЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫРАБОТАННОГО РЕСУРСА НЕСУЩИХ
МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН
1.1. Факторы, вызывающие повреждения
грузоподъемных машин
1.2. Методы и технические средства неразрушающего контроля
и мониторинга грузоподъемных машин
1.2.1. Диагностирование механизмов и их деталей
1.2.2. Диагностирование металлоконструкций
1.3. Расчетные методики определения выработанного
и остаточного ресурса
1.4. Цель работы и задачи исследования
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАКОПЛЕНИЯ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН
В ЗОНАХ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ
2. Г. Изменение свойств материала под воздействием
циклического нагружения
2.2. Анализ методик исследования напряженно-деформированного состояния в зонах концентрации напряжений
2.3. Определение зон повышенной концентрации напряжений в металлоконструкциях грузоподъемных машин
методом конечных элементов
2.4. Модель развития зоны упругопластической деформации
вблизи концентратора напряжений
Выводы
3. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОНТРОЛЬ НЕСУЩИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН
3.1. Способ автоматизированного контроля накопленной повреждаемости металлоконструкции по размерам зоны
упругопластической деформации
3.2. Применение средств оптической рефлектометрии для автоматизации определения размеров зоны
упругопластической деформации
3.3. Выбор оптимального алгоритма
3.4. Принцип работы программы определения размеров
зоны упругопластической деформации
Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1. Методика эксперимента
4.2. Анализ изменения свойств поверхности под действием
циклического упругопластического деформирования
4.3. Определение и прогнозирование момента зарождения макротрещины
металлоконструкции при циклическом нагружении
Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. МОДУЛЬ С ТЕЛОМ ПРОГРАММЫ
RESOURCE
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. МОДУЛЬ РАСЧЕТА НАКОПЛЕННОЙ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ НЕУПРУГОЙ ДЕФОРМАЦИИ
В САПР MATHCAD
Существует класс машин, при оценке технического состояния которых особое внимание уделяется технической диагностике металлической конструкции, воспринимающей в процессе эксплуатации основные рабочие нагрузки и несущей основные рабочие механизмы. К таким машинам относятся авиационная техника, грузоподъемные машины, дорожные и строительные машины, горные машины, водный транспорт, сосуды высокого давления и т.д. Потеря несущей способности металлоконструкциями указанных машин приводит к травмированию людей, материальным затратам, а в ряде случаев носит катастрофический характер. Объектом исследования диссертационной работы являются металлические конструкции грузоподъемных машин.
Одним из средств, направленных на повышение безопасности эксплуатации несущих металлоконструкций машин путем определения их текущего состояния, является их техническая диагностика с использованием методов и средств неразрушающего контроля. Современный уровень развития методов и средств неразрушающего контроля позволяет эффективно выявлять дефекты в условиях эксплуатации металлоконструкций. Однако, эксплуатационные дефекты возникают и зарождаются на завершающей стадии «жизни» металла. Тогда как предваряющие эту стадию усталостные изменения развиваются и накапливаются медленно, долго и постепенно, причем в течение самого продуктивного этапа эксплуатации. Эти процессы идут с явным опережением в зонах концентрации напряжений. Оценка накопленных усталостных повреждений позволяет прогнозировать зарождение эксплуатационных дефектов и, следовательно, предупреждать возможные аварии, но при условии, что найден эффективный параметр контроля реального состояния металлоконструкции.
В связи с этим, актуальным является повышение безопасности эксплуатации
эксплуатации, а разрушению металлоконструкции ГПМ предшествует зарождение и развитие магистральных трещин, которое может иметь как усталостный, так и хрупкий характер;
- современные средства диагностирования оборудования грузоподъемных машин позволяют эффективно выявлять эксплуатационные дефекты, обеспечивая его надежную эксплуатацию;
- современные средства диагностирования металлоконструкций грузоподъемных машин позволяют обнаружить уже имеющиеся дефекты, но не позволяют прогнозировать их появление;
- существующие методы и средства мониторинга имеют ряд недостатков: слабая помехозащищенность, недостаточная информативность диагностических параметров, высокая стоимость оборудования, невысокую разрешающую способность при обнаружении накопленных усталостных повреждений;
- методики оценки остаточного ресурса опираются на кинетику развития трещины, в зависимости от числа циклов нагружения, в то время, как правилами устройства и безопасной эксплуатации запрещается эксплуатация несущих металлоконструкций грузоподъемных машин с трещиноподобными дефектами [58, 68].
Безопасность эксплуатации грузоподъемных машин требует обеспечения надежности оборудования и металлоконструкций в течение всего расчетного срока службы. Статистика эксплуатационных разрушений сварных конструкций, работающих в условиях переменных напряжений, показывает, что до 90% разрушений происходит от усталости [8]. При этом, накопление усталостной повреждаемости происходит стадийно, развиваясь от субмикропластической деформации в зонах повышенной концентрации напряжений при неоднородном напряженном состоянии, до магистральных трещин.
Надежность заданного уровня может быть обеспечена на стадии проектирования выбором материалов, способных воспринимать значительные нагрузки при наличии трещин, то есть с достаточной трещиностойкостью; на