ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Существующая практика регламентного обслуживания оборудования по допусковым принципам проектного расчета прочности и долговечности на базе среднестатистических данных о времени наработки оборудования на отказ, в связи с большой дисперсией оценки темпов наработки и величины остаточного ресурса, а также сильной зависимости реальных темпов деградационных процессов от фактической истории эксплуатации объекта, не обеспечивает увеличение безопасного срока службы объектов без применения методологии эксплуатационного мониторинга ресурса (ЭМР).

Начальная прочность объекта в процессе эксплуатации снижается за счет развития деградационных процессов различной физической природы. Значительная часть процессов деградации материала проходит скрытно и поврежденное состояние в большинстве случаев в течение 50-70% общей долговечности не может быть выявлено. При этом неконтролируемые постепенные отказы в результате накопления повреждений в опасных зонах конструктивных элементов создают впечатление внезапных. Основными доминирующими деградационными процессами материала оборудования, работающего в условиях нестационарного термосилового нагружения, являются усталостные механизмы: многоцикловая усталость (МнЦУ), малоцикловая усталость (МЦУ) или их сочетание.

Эксплуатация конструкции по ее фактическому состоянию возможна при решении двух основных проблем: надежной оценки текущей поврежденности физическими методами контроля состояния материала и прогноза развития текущей поврежденности на базе различных прогнозных моделей развития деградационных процессов в опасных зонах конструктивных элементов. Особенностью деградационных процессов является их локальный характер в течение практически всего времени исчерпания долговечности.

Ресурс конструктивного узла по существу означает ресурс его опасных зон, скорость развития поврежденности в которых и ресурсные характеристики могут очень сильно различаться из-за различия конструктивных особенностей, характеристик материала, технологии изготовления узла и условий нагружения.

Эффективным способом построения прогнозных моделей развития поврежденности при доминирующих механизмах усталости и ползучести является формулировка эволюционных уравнений процессов деформирования и накопления повреждений на базе механики поврежденной среды. Вследствие сильной нелинейной зависимости развития данных процессов от эксплуатационных условий большое значение имеет проблема выявления основных факторов, влияющих на скорости данных процессов.

При формулировке математических моделей процессов накопления повреждений по усталостным механизмам необходимо базироваться на следующих основных положениях:

- моделировании основных физических стадий развития процесса разрушения;

- введении для каждого механизма своего адекватного "внутреннего времени" процесса, в котором должна исчисляться физическая долговечность материала для этого механизма;

- учете нелинейного суммирования повреждений при изменении условий нагружения и от отдельных механизмов;

- разработке алгоритмов оценки выработанного и прогнозе остаточного ресурса материала в критических зонах по фактической истории нагружения в этой зоне, связанной с фактической историей эксплуатации объекта.

Основные положения рассматриваемого варианта уравнений заключаются в следующем.

Тензор деформации представляется как сумма упругих деформаций и пластических деформаций. Учитывается упрочнение материала при монотонном активном нагружении и циклическое упрочнение материала, дополнительное циклическое упрочнение при непропорциональном циклическом нагружении, циклическая память материала.

Учитывается локальная анизотропия упрочнения при изломе траектории деформирования и эффекты сложного нагружения при изломе траектории и произвольных криволинейных траекториях деформирования. Структура эволюционного уравнения накопления повреждений при усталости имеет вид:

При эксплуатации объекта (заданной последовательности прохождения режимов эксплуатации) в каждой зоне путем интегрирования уравнения (1), адаптированного к индивидуальному процессу накопления повреждений для каждой зоны, согласно уравнению (4), вычисляется движение точки, характеризующей текущую поврежденность материала в этой зоне, по совокупности накопления повреждений каждого режима модели эксплуатации объекта и ее движение по обобщенной кривой (4).