Прогнозирование прочности и долговечности вагонов для перевозки коррозионно-активных грузов

• Автор: Лапшин, Василий Федорович
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 421 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ОБОСНОВАНИЕ И ФОРМУЛИРОВАНИЕ РЕШАЕМОЙ ПРОБЛЕМЫ

1.1. Обзор методов расчета и особенности оценки влияния коррозионноактивных сред на деформирование и разрушение элементов конструкций.

1.2. Выводы и постановка задач исследования.

2. РАЗРАБОТКА ОБЩЕЙ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИЙ ВАГОНОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ КОРРОЗИОННОАКТИВНЫХ ГРУЗОВ.
2.1. Исследование закономерностей разрушения вагонных сталей в коррозионноактивных средах.
2.2. Методика расчета прочности и оценки долговечности элементов конструкций вагонов, работающих в условиях воздействия коррозионноактивных сред.
2.3. Оценка адекватности и точности моделей расчета напряженного состояния и долговечности конструкций

Основные результаты и выводы по главе 2

3. НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ КОТЛОВ ВАГОНОВЦИСТЕРН ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ КИСЛОТНОГО МЕЛАНЖА.

3.1. Техническое состояние и схематизация коррозионных повреждений котлов вагоновцистерн.
3.2. Исследование напряженного состояния котлов вагонов
цистерн с учетом коррозионных повреждений
Основные результаты и выводы по главе 3
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ КУЗОВОВ ВАГОНОВМИНЕРАЛОВОЗОВ
4.1. Результаты эксплуатационных испытаний вагонов
минераловозов и анализ интенсивности коррозионного износа элементов кузовов
4.2. Оценка напряженного состояния и прогнозирование срока эксплуатации вагоновминераловозов.
4.3. Мероприятия по повышению эксплуатационной надежности вагоновминераловозов
Основные результаты и выводы по главе 4
5. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ
ПРОТИВОКОРРОЗИОННЫХ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ .
5.1. Оценка влияния эксплуатационных факторов на срок службы защитных покрытий.
5.2. Прогнозирование долговечности защитных покрытий кузовов вагоновминераловозов
Основные результаты и выводы по главе 5
6. ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОТИВОКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ ВАГОНОВ.
6.1. Исходные предпосылки и методика расчета экономической эффективности противокоррозионной защиты.
6.2. Расчет экономической эффективности противокоррозионной защиты.
Основные результаты и выводы по главе 6
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Использование слоистой модели дает возможность, при практической реализации, на единой основе МКЭ построить универсальную методику расчета элементов вагонов: котлов вагонов-цистерн, выполненных из двухслойных сталей; кузовов вагонов-минераловозов из однородного материала; элементов конструкций с неоднородностью, вызванной изменением физикомеханических характеристик материала, обусловленных воздействием агрессивных сред. Существующие методы исследования влияния коррозионных повреждений на НДС конструкций кузовов вагонов используют подход, основанный на уменьшении площади поперечного сечения элементов пропорционально величине коррозионного износа, который не учитывает механизм воздействия агрессивной среды на материал. Действующие в настоящее время нормативные методы расчетов на прочность и долговечность конструкций вагонов не учитывают вида и уровня напряженного состояния, температуры, концентрации и агрессивности перевозимого груза и многих других факторов, влияющих на скорость коррозии. Выполненный анализ показал, что взаимодействие элементов вагонов с коррозионно-активной средой, приводящее к снижению несущей способности и сокращению ресурса вагонов, можно описать совокупностью частных моделей: модели конструкции, модели наступления предельного состояния, модели нагружения, модели деформирования материала, модели взаимодействия с агрессивной средой и модели материала. Известные методики расчета конструкций, используемые в исследованиях строительных, судовых, авиационных отраслях не учитывают специфику и условия работы подвижного состава. Существующие алгоритмы расчета отличаются значительной сложностью, не обладают универсальностью, и, в основном, направлены на исследование простых конструктивных элементов (пластины, цилиндрические оболочки, стержни). Комплексное решение проблемы коррозии предусматривает не только исследование развития коррозионных процессов, анализ факторов влияющих на напряженно-деформированное состояние, надежность и долговечность конструкций, но и разработку методов защиты от коррозии и оценку эффективности противокоррозионных мероприятий. Необходимым требованием, для обеспечения долговечности и работоспособности машин и механизмов при воздействии коррозионных сред, является соответствие методов защиты условиям эксплуатации конструкций. Как показал анализ, значительная часть задач, связанных с исследованием напряженного состояния и прогнозирования долговечности элементов конструкций вагонов в условиях интенсивной коррозии, сводится к рассмотрению поведения многослойных конструкций. Решение данной проблемы является основной целью диссертации. Обобщить результаты исследований по расчету конструкций, взаимодействующих с коррозионно-активными средами, обосновать область использования существующих теоретических предпосылок для анализа конструкций подвижного состава. Разработать общий метод расчета прочности и долговечности элементов вагонов при воздействии коррозионно-активных грузов с учетом многослойной структуры и нелинейного деформирования материала конструкции, влияния агрессивной среды и действующих напряжений на скорость коррозии, времени эксплуатации подвижного состава, срока службы защитных покрытий. Выявить основные закономерности коррозионного разрушения металла конструкций кузовов вагонов, используемых для перевозки кислот и минеральных удобрений. Произвести анализ технического состояния вагонов для перевозки коррозионно-активных грузов (кислот и минеральных удобрений). По результатам натурных обследований различных типов подвижного состава определить кинетические зависимости коррозионного износа от срока эксплуатации вагонов, а также оценить влияние коррозионных дефектов и повреждений на прочность и долговечность конструкций кузовов вагонов. Обосновать новые технические решения для обеспечения назначенного срока службы вагонов при перевозке коррозионно-активных грузов. Исследовать влияние эксплуатационных факторов на срок службы противокоррозионных защитных покрытий вагонов, разработать основные требования к противокоррозионной защите вагонов и дать рекомендации по выбору параметров материалов защитных покрытий.