Delist.ru

Комплексные методы и средства контроля и диагностики металлических конструкций (25.08.2007)

Автор: Гордиенко Валерий Евгеньевич

С целью уточнения в зонах коррозионных повреждений действующих внутренних напряжений, используемых в прочностных расчетах, следует использовать частные или обобщенные графические и аналитические регрессионные зависимости. Однако при проведении прочностного расчета необходимо учитывать не только экспериментальные данные магнитного диагностирования, но и кинетику развития коррозионных повреждений.

Таким образом, задача расчета конструкций с учетом воздействия коррозионной среды требует разработки расчетной математический модели, то есть совокупности уравнений, описывающих процессы деформирования и разрушения конструкций, а также описывающих процессы взаимодействия конструкций с агрессивной средой. Это предполагает идентификацию этих уравнений, оценку значений коэффициентов уравнений, подбор подходящих функций по результатам экспериментальных исследований, решение полученной совокупности уравнений и анализ поведения МК в различных условиях. С этой целью проведено исследование напряжённо-деформированного состояния крупномасштабной модели плоской фермы (рис. 2, а) с учетом агрессивного воздействия коррозионной среды.

В качестве моделей коррозионного износа использовались:

где ? – глубина коррозии; t – время, остальные величины являются определяемыми коэффициентами или функциями.

Установлено, что расчет действующих внутренних напряжений в элементах крупномасштабной модели сварной фермы с учетом длительного влияния коррозионной среды дает достаточно хорошее совпадение расчетных значений дробно-линейной и логистической моделей, что позволяет рекомендовать их для расчета элементов конструкций, находящихся в плоском напряженном состоянии (при условии определения коэффициентов по результатам испытаний в плоском напряженном состоянии).

В седьмой главе представлены результаты расчетно-экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния крупномасштабных моделей (рис. 2) с учетом различных схем нагружения.

. Расчет усилий и внутренних напряжений в элементах конструкций выполнялся с помощью проектно-вычислительного комплекса SCAD, реализующего конечно-элементное моделирование статических и динамических расчетных схем при проверке несущей способности МК.

от действующих внутренних напряжений справедливы и для типичных крупномасштабных моделей, находящихся в сложном и плоском напряженно-деформированных состояниях при растяжении, сжатии и изгибе. Показано хорошее соответствие значений действующих внутренних напряжений при сравнении магнитных и расчетных данных по результатам малоцикловых нагружений исследуемых конструкций, что свидетельствует о возможности оценки НДС в зонах КН при малоцикловом упругом нагружении. При этом значения внутренних напряжений при магнитном диагностировании несколько превышали расчетные, что подтверждает необходимость проведения контроля в зонах КН.

Показана возможность использования как частных, так и обобщенных графических и аналитических зависимостей, полученных в результате математической обработки результатов экспериментальных исследований для уточнения действующих внутренних в зонах концентрации напряжений в элементах моделей.

В восьмой главе изложены результаты совершенствования методик диагностики технического состояния МК на основе разработанных способов определения действующих внутренних напряжений и представлена расчетно-экспериментальная методика оценки НДС, учитывающая структурную неоднородность, химический состав металла и кинетику развития коррозионных повреждений.

Разработанная комплексная методика диагностики технического состояния металлических конструкций предусматривает применение метода магнитной памяти металла, реализующего эффект магнитоупругости. Схема диагностирования представлена на рис. 14. Ее особенностью является возможность проведения как выборочного, так и сплошного магнитного диагностирования узлов, элементов и сварных соединений металлических конструкций, выявления зон концентрации напряжений (КН), оценки степени их опасности и определения в них действующих внутренних напряжений.

Рис. 14. Схема диагностирования технического состояния МК

при ступенчатом нагружении–разгружении конструкции или ее элементов: чем выше приращение, тем больше действующие внутренние напряжения и выше степень опасности выявленной зоны. Оценка степени опасности выявленных зон является ответственной и необходимой операцией, так как позволяет резко сократить объем последующих диагностических работ и повысить достоверность результатов исследования. В этом случае выявление дефектов традиционными методами неразрушающего контроля, требующих подготовки поверхности контроля, следует проводить в опасных зонах КН, что значительно повышает производительность процесса диагностирования. При этом известны места проведения уточняющих исследований, например, металлографического анализа и твердометрии, что способствует повышению достоверной оценки напряженно-деформированного состояния металлических конструкций. В опасных зонах КН, в случае необходимости, наиболее целесообразна установка датчиков контроля для проведения тензометрического или магнитного мониторинга.

, так и с использованием частных и обобщенных графических и аналитических регрессионных зависимостей, полученных в ходе экспериментальных исследований на малоуглеродистых и низколегированных сталях. При известных структурных и механических параметрах металла конструкций следует использовать частные, более точные, зависимости, при неизвестных – обобщенные.

Разработанная методика была апробирована при проведении диагностирования технического состояния основных несущих конструкций промышленных зданий ЗАО "Локомотив" ДО ОАО "Кировский завод" (рис. 15). Магнитный контроль стропильных ферм, подкрановых балок и колонн проводился на поверхности элементов конструкций и сварных соединений без приостановки работы оборудования. Высокая производительность контроля обеспечивалась отсутствием необходимости в какой-либо специальной подготовке контролируемых поверхностей.

, полученные при малоцикловом упруго-пластическом деформировании образцов из малоуглеродистых и низколегированных сталей с учетом их исходной микроструктуры и подтвержденные испытаниями на крупномасштабных моделях: при малоцикловом нагружении сварной фермы, внецентренном сжатии сварной стойки, изгибе двутавровой балки, действительны при оценке напряженно-деформированного состояния эксплуатируемых металлических конструкций.

Разработана экспериментально-расчетная методика оценки НДС промышленных металлических конструкций с использованием магнитоупругого эффекта метода МПМ, учетом структурных изменений и коррозионных повреждений металла, одним из основных условий которой является обязательное предварительное выявление зон КН, оценка степени их опасности с определением максимальных действующих внутренних напряжений, с последующим проведением прочностного расчета на основе фактических данных действующих внутренних напряжений и кинетики развития коррозионных повреждений.

Рис. 15. Общий вид (а) и элементы несущих МК (б) промышленных зданий локомотивного депо ЗАО "Локомотив"

Разработаны способы и даны рекомендации по усилению сварных соединений и элементов металлических конструкций путем проведения восстановительной термической обработки за счет направленного изменения структуры в локальных зонах концентрации напряжений с последующим магнитным контролем.

Рассмотрены вопросы и предложена методика проведения магнитного мониторинга эксплуатируемых МК, работающих в условиях воздействия различных температур, нагрузок и коррозионных сред. Его применение позволяет не только своевременно обнаружить развитие опасных дефектов, но и на этой основе значительно повысить надежность и долговечность МК с принятием обоснованного решения о продлении срока их эксплуатации. Приведен пример проведения мониторинга технического состояния металлоконструкций в промышленных условиях с использованием метода магнитной памяти металла. На основании проведенных исследований и прочностных расчетов с учетом результатов магнитного диагностирования сделаны обоснованные выводы и рекомендации по дальнейшей надежной и безопасной эксплуатации обследованных металлических конструкций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная работа позволила систематизировать и обобщить большой аналитический и практический опыт, накопленный в рассматриваемой области за последние десятки лет. В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований решена крупная научная проблема, имеющая важное хозяйственное и социальное значение в области диагностики технического состояния, повышения надежности и безопасной эксплуатации металлических конструкций из малоуглеродистых и низколегированных сталей на основе научного подхода к применению комплексных методов и средств контроля и диагностики.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Обоснован подход и разработаны теоретические и практические положения по комплексному применению методов и средств контроля, диагностики и выявления действительного напряженно-деформированного состояния металлических конструкций.

Разработаны способы получения микроструктур с заданной степенью дисперсности, характерных для состояний заводской поставки металла конструкций из малоуглеродистых и низколегированных сталей. Показаны высокая структурная чувствительность и производительность магнитного контроля при деформационном, деформационно-термическом и термическом воздействиях, что значительно повышает степень достоверности результатов контроля и позволяет рекомендовать его при контроле формирования микроструктуры в промышленных условиях.

пропорциональны изменению действующих внутренних напряжений, а образующаяся петля магнитного гистерезиса имеет замкнутый вид.

Установлено, что снятие внешних усилий после упруго-пластического нагружения малоуглеродистых и низколегированных сталей приводит к образованию петли магнитного гистерезиса, величина которой зависит от исходной микроструктуры металла, химического состава стали и степени пластической деформации. Показано, что уменьшение исходного размера зерен, повышение легированности сталей и увеличение степени деформации приводит к увеличению ширины петли магнитного гистерезиса, что необходимо учитывать при выявлении действительного напряженно-деформированного состояния металлических конструкций.

от действующих внутренних напряжений, химического состава и исходной микроструктуры сталей при циклическом нагружении: обратимое смещение доменных границ при упругом деформировании и переход к необратимым смещениям вследствие закрепления доменных границ на скоплениях дислокаций, границах зерен и включениях в процессе деформационного упрочнения металла при пластическом деформировании.

Разработаны и апробированы частные и обобщенные графические и аналитические регрессионные зависимости структурных, магнитных и механических параметров при упруго-пластическом деформировании с учетом химического состава сталей. Показано, что при известных структурных и механических параметрах металла конструкций следует использовать частные (более точные) зависимости, в иных случаях – обобщенные, что позволяет повысить степень достоверности измерений при оценке действительного напряженно-деформированного состояния металлических конструкций.

) при ступенчатом нагружении (разгружении).

Разработана и апробирована экспериментально-расчетная методика диагностики технического состояния металлических конструкций с использованием метода МПМ, включающая выявление действительного напряженно-деформированного состояния элементов конструкций с учетом микроструктуры, химического состава металла, структурной неоднородности сварных соединений, с элементами моделирования кинетики развития коррозионных повреждений. Выявление зон концентрации напряжений, оценка степени их опасности и определение в опасных зонах действующих внутренних напряжений проводится с применением комплекса методов и средств контроля и диагностики.

Показана возможность и разработаны способы усиления сварных соединений и элементов металлических конструкций путем проведения восстановительной термической обработки за счет направленного изменения микроструктуры металла в локальных зонах концентрации напряжений с последующим магнитным контролем.

Показано, что применение магнитного мониторинга в опасных зонах концентрации напряжений позволяет контролировать изменение напряженно-деформированного состояния металлических конструкций под воздействием различных факторов: температуры окружающей среды, агрессивного воздействия коррозионных сред, величины и характера нагрузок, и уменьшить вероятность возникновения предаварийных и аварийных ситуаций.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ АВТОРА:

Монографии

Гордиенко В.Е. Техническое диагностирование строительных конструкций. Дефекты и их влияние на работоспособность. – СПб.: СПбГАСУ, 2004. – 91 с.

Гордиенко В.Е. Техническое диагностирование строительных конструкций. Методы контроля качества. – СПб.: СПбГАСУ, 2004. – 144 с.

Гордиенко В.Е. Техническое диагностирование строительных конструкций. Средства контроля качества. – СПб.: СПбГАСУ, 2004. – 92 с.

Гордиенко В.Е. Ресурс и надежность строительных металлических конструкций в условиях воздействия коррозионных сред. – СПб.: СПбГАСУ, 2006. – 91 с.

загрузка...