книги / Техническая диагностика остаточного ресурса и безопасности
..pdfОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Предисловие...................................................................................... |
6 |
Глава 1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОЧНОСТИ, |
|
РЕСУРСА И БЕЗОПАСНОСТИ.................................................. |
14 |
1.1. Основы определения прочности, жесткости и устойчивости |
14 |
1.1.1. Условия и критерии прочности, жесткости и устойчиво |
|
сти |
14 |
1.1.2. Анализ напряженных и деформированных состояний ... |
16 |
1.1.3. Теории прочности................................................................ |
21 |
1.1.4. Выбор критериев прочности, обоснование запасов.......... |
24 |
1.2. Научные основы определения ресурса.................................... |
28 |
1.2.1. Оценка ресурса при циклическом нагружении.................. |
28 |
1.2.2. Оценка ресурса при длительном нагружении.................... |
30 |
1.3. Основные положения оценки надежности несущих элементов.. |
32 |
1.4. Научные основы оценки живучести.......................................... |
36 |
1.5. Постановка проблем безопасности и риска.............................. |
38 |
1.6. Развитие методов и критериев определения прочности, ре |
|
сурса и живучести.............................................................................. |
39 |
1.7. Комплексные подходы к анализу прочности, ресурса и безо |
|
пасности .............................................................................................. |
45 |
Вопросы для самопроверки.............................................................. |
60 |
Глава 2. ОСНОВЫ РАСЧЕТОВ ПРОЧНОСТИ И РЕСУРСА ПРИ |
|
ШТАТНЫХ И АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЯХ............................ |
61 |
2.1. Определение запасов прочности и ресурса на стадии образо |
|
вания трещин при штатных ситуациях............................................ |
61 |
2.2. Расчеты прочности, ресурса и живучести на стадии развития |
|
трещин................................................................................................ |
73 |
2.3. Общая структура анализа рисков и безопасности при не |
|
штатных ситуациях............................................................................ |
82 |
2.4. Критериальная база прикладных исследований техногенной |
|
безопасности...................................................................................... |
84 |
2.5. Анализ безопасности и рисков в задачах технического регу |
|
лирования объектов техносферы...................................................... |
89 |
Вопросы для самопроверки.............................................................. |
93 |
Глава 3. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ПО |
|
КРИТЕРИЮ ОБРАЗОВАНИЯ ТРЕЩ ИН .................................. |
94 |
3.1. Общие положения....................................................................... |
94 |
3.2. Основные понятия и определения............................................ |
96 |
3.3. Оценка технического состояния................................................. |
97 |
3.4. Оценка остаточного ресурса по сопротивлению циклическо |
|
му разрушению................................................................................... |
98 |
3.4.1. Основы метода.................................................................... |
98 |
ОГЛАВЛЕНИЕ |
5 |
4.2. Основные понятия и определения............................................ |
138 |
4.3. Оценка технического состояния оборудования...................... |
140 |
4.4. Оценка остаточного ресурса по критериям трещиностойкости . |
141 |
4.4.1. Основы метода...................................................................... |
141 |
4.4.2. Основные понятия и определения...................................... |
144 |
4.4.3. Расчет характеристик трещиностойкости для оценки ос |
|
таточного ресурса........................................................................... |
145 |
4.4.3.1. Определение значений напряжений............................ |
145 |
4.4.4. Определение характеристик трещиностойкости.............. |
146 |
4.4.4.1. Расчетные случаи и расчетные схемы........................ |
146 |
4.4.4.2. Основные расчетные зависимости для определения |
|
напряжений................................................................................ |
149 |
4.4.4.3. Основные расчетные зависимости для определения |
|
критических температур............................................................ |
153 |
4.4.4А Построение расчетных кривых.................................... |
156 |
4.4.4.5.Учет характеристик трещиностойкости при оценке
остаточного ресурса.................................................................. |
166 |
4.5. Остаточный ресурс и критерии живучести при длительном |
|
статическом и циклическом нагружении........................................ |
167 |
Вопросы для самопроверки.............................................................. |
171 |
Глава 5. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ |
|
РЕСУРСА И БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ШТАТНЫХ И АВА |
|
РИЙНЫХ СИТУАЦИЯХ...................................................... |
172 |
5.1. Общая структура методов анализа ресурса и безопасности ... |
172 |
5.2. Штатная и оперативная диагностика опасных состояний . . . . |
174 |
5.3. Методы построения систем диагностики ресурса и безопас |
|
ности .................................................................................................... |
180 |
Вопросы для самопроверки.............................................................. |
183 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................ |
184 |
Список литературы.......................................................................................... |
186 |
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА И БЕЗОПАСНОСТИ
ПРЕДИСЛОВИЕ
Главная проблема мирового сообщества - обеспечение планетарной, регио нальной, национальной, городской, районной, местной, объектовой безопасно сти. Очевидно, что ее достижение невозможно без применения информацион ных методов и средств технической диагностики (ТД) и неразрушающего кон троля (НК). В серии настоящих учебных пособий даны основополагающие оп ределения по этой проблеме.
Технический контроль (ТК) - проверка соответствия объекта контроля (ОК) установленным техническим требованиям. Как правило, он состоит из двух этапов: получения первичной информации о состоянии ОК и сопоставления ее с установленными нормами, относящимися к определению прочности, ресурса, живучести и безопасности.
Неразрушающий контроль (НК) является составной частью технического контроля и определяется как метод, при котором не должна быть нарушена при годность ОК к применению с соблюдением требований безопасности.
В задачу НК входит выявление возможных отклонений от установленных технических характеристик ОК. Такими отклонениями могут быть дефекты типа нарушений сплошности, изменение структуры и физико-механических свойств материала, размеров покрытий, соединений и т.п. Конечным результатом НК является регистрация всех обнаруженных отклонений и количественная оценка их параметров (координат, размеров и формы дефектов, величин, зависящих от физико-механических характеристик материала). Отбраковка негодных изделий проводится на основе заранее установленных норм.
Дефектоскопия - направление НК по определению дефектов в основном типа нарушения сплошности материала с помощью проникающих физических полей и химических веществ.
Интроскопия - направление НК и ТД, связанное с визуализацией физиче ских полей, прошедших или отраженных от ОК, для определения дефектов ма териала и состояния конструкции. В условиях эксплуатации ОК наиболее часто появляются дефекты усталости, коррозии, эрозии и др.
Техническая диагностика - область знаний, охватывающая теорию, мето ды и средства определения технического состояния объектов.
Измерение - нахождение физической величины опытным путем с помо щью специальных технических средств.
Испытание - экспериментальное определение, количественных и качественных характеристик объекта в результате воздействий повреждающих факторов при его функционировании. В процессе производства и особенно при эксплуатации сложных ОК (самолетов, турбин, ракетных комплексов, атомных станций и других крупных сооружений) требуется оценка их технического состояния и остаточного ресурса безопасной эксплуатации. Для этого необходим постоянный мониторинг и наличие
ПРЕДИСЛОВИЕ |
7 |
методик и стандартов по определению остаточного ресурса и риска эксплуатации изделий на основе экспериментальных и теоретических статистических данных.
Распознавание источников и причин повреждений, отказов и аварий, а также постановку диагноза для начала и продления эксплуатации осуществляют по извест ным методикам и проверенным рекомендациям посредством анализа диагностиче скихданных, лабораторных, аппаратурных, химических исследований и расчетов.
ТД является высшим уровнем ТК и дает ответ на главнейшие вопросы: когда должна быть прекращена эксплуатация изделия и что необходимо сделать для ее продления? При проведении ТД в качестве основного средства получения информации о состоянии ОК служит ТК, основанный на результатах измерений
ииспытаний. Разница между ТД и ТК состоит в следующем:
-ТК применяется в основном для измерения параметров материалов, дета лей и узлов конструкции; тогда как объектами ТД являются более сложные агре гаты и механизмы, для которых необходимо определять остаточный ресурс и риск эксплуатации;
-при проведении ТК характер и размеры допустимых дефектов регламен тированы заранее установленными нормами, а при ТД результаты анализируют ся с учетом влияния дефектов на работоспособность ОК в соответствии с кон кретными методиками, программами и стандартами по расчету остаточного ре сурса и риска эксплуатации на основании данных ТК.
Следует отметить важную роль методов и средств механических испытаний материалов для определения их прочностных характеристик. Существует боль шая номенклатура измерительной техники для электрических величин, давле ния, времени, расхода, уровня и т.п.; она подробно изложена в других томах учебных пособий настоящей серии.
На рис. 1 представлена обобщенная структурная схема взаимосвязей ТД, ТК с измерениями и испытаниями, в которой перечислены основные задачи в области обеспечения медицинской, техногенной, экологической и антитеррористической безопасности с учетом объектов контроля каждого направления:
-медицинская диагностика - для человека;
-экологическая диагностика - для окружающей среды: Земли, атмосферы и гидросферы;
-технологическая диагностика - для разработки, производства, эксплуатации
ихранения продукции, включая объекты гражданского и оборонного назначения;
-антитеррористическая диагностика - для предупреждения и раскрытия преступлений, терактов, обнаружения оружия, взрывчатых веществ, наркотиков, фальшивых банкнот.
Очень важно целенаправленно проводить переход к единым международ ным системам сертификации персонала, единым программам обучения и атте стации, на единые международные правила, учебники, справочники, стандарты
ит.п., обеспечивая непрерывность этого процесса.
ТД и НК предусматривают прежде всего крупномасштабное увеличение ко личества диагностических операций и технологий для достижения различных видов безопасности, что в свою очередь требует глубоко интегрированной меж дународной кооперации разработок и производства технических средств и ин формационных технологий.
Физические поля (излучения), методы, эффекты
Низкочастотные (0 - 1 03 Гц) Радиоволны (104Ю10Гц) Инфракрасные (1011—4-1014 Гц) Видимое
(4-Ю14 - 7,5-1014 Гц) Ультрафиолетовое (7,5-1014 —3*1016 Гц) Рентгеновское (3-1016 - З-Ю20 Гц) Гамма (З-Ю19-З-Ю 22 Гц) Космическое (З-Ю21 Гц) Корпускулярное
излучение (нейтро ны, протоны, элек троны, позитроны)
Постоянное магнит ное поле Электрическое поле УЗК Вибрация, шум, удар
Измерение физичес ких и химических ве личин (время, разме ры, сила, давление, масса, концентрация, относительная моле кулярная масса)
Пенетранты Объемы продаж (100%)
|
|
|
ПРЕДИСЛОВИЕ |
|
|
|
|
|
|
|
9 |
||
1. Физические методы диагностики |
|
|
|
помеОхрана щений |
Медицинскаядиагностика продаж(объем100 %) |
||||||||
Земля |
Вода |
Воздух |
Космос |
Производство |
Эксплуатация |
Хранение| |
бумагиЦенные |
Оружие| |
Q o S ; |
|
|||
Экологическая |
Техноген |
Антитеррористиче- |
|
||||||||||
|
диагностика |
ная диагно |
|
ская диагностика |
|
||||||||
|
|
|
|
|
стика |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CU |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
о |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
§ , |
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
| |
| |
| |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
+ |
+ |
+ |
|
+ |
|
|
|
|
|
+ |
|
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
+ |
|
+ |
|
+ |
+ |
+ + + + |
+ + + + + |
|
|
|
+ |
+ |
|||||||
|
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
|
|
|
+ |
+ |
|
|
+ |
-1- |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
|
|
|
|
+ |
+ |
|
|
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
+ |
|
+ |
+50 % |
+ |
|
|
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
+10% |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
+ |
+ |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
+ |
|
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
|
|
+ |
+ |
+ |
+ |
|
|
+ |
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
+10% |
+ |
+ |
|
|
+ |
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
+20 % |
+ |
+ |
+ |
|
+ |
+ |
+ |
|
|
|
|
|
+ |
|
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
|
|
+ |
|
|
+ |
++ + +
10% |
20% |
20% |
50% |
10 ПРЕДИСЛОВИЕ
Бурно развиваются методы и средства антитеррористической диагностики (миноискатели, рентгеновские флюороскопические и телевизионные системы, приборы ночного видения, криминалистические инфракрасные и ультрафиоле товые комплексы, наносекундные нейтронные и спектрометрические ядернофизические установки для контроля взрывчатых веществ и др.). Номенклатура приборов в этом направлении превышает 1000 типов.
В области медицинской диагностики следует отметить достижения рентге новской флюрографии, ультразвуковой, ядерно-магниторезонансной, компью терной, радиационной томографии, тепловидения, химического и структурного анализа вещества и сотен других методик, методов и технологий.
При диагностике приходится считаться с тем, что в потенциально опасные системы техносферы входит комплекс «человек-объект-среда». При этом все указанные направления используют одни и те же физические и химические ме тоды диагностирования, ставят перед собой идентичные цели развития: расши рение диапазонов измерения в нано-, микро- и макрообластях; повышение чув ствительности, точности, производительности, плотности хранения данных; ис пользование всех видов излучений и эффектов, кремниевых и других микро схем, био- и нанотехнологий, квантовых вычислений, обработки многомерных изображений и т.д.
Главным остается дальнейшая интеллектуализация диагностических опера ций, переход на обязательное определение остаточного ресурса и рисков экс плуатации технически и экологически опасных объектов, составление банков и баз данных дефектов, аварий, наблюдаемых объектов и их особенностей и свя занных с ними статистических измерений физических полей и химического со става вещества. ТД и НК связаны с развитием систем космического, авиацион ного, морского и автомобильного мониторинга, минимизацией влияния обслу живающего персонала на принятие конечного решения, а также с применением полного спектра методов и средств электрометрии, интроскопии, виброметрии, измерения размеров, температуры, давления, массы, времени и других характе ристик для интегрированных систем ТД и НК и диагностирования безопасности в широком диапазоне их использования. В табл. 1 приведены основные физиче ские методы, которые применяют для медицинской, экологической, техногенной и антитеррористической диагностики с ориентировочными объемами продаж в России применительно к объектам и выполняемым задачам.
Для систем ТД и НК используют:
-единство измерений в международной системе единиц СИ;
-объективность (верность) в рамках допустимой неопределенности ТД и НК;
-соблюдение международно признанных и действующих систем качества;
-соблюдение прозрачных процедур проверки компетентности персонала. Приборы ТД и НК подлежат стандартизации и техническому регулирова
нию, они должны иметь оценку соответствия, которая прямым или косвенным образом связана с констатацией выполнения наиболее важных для общества за дач. Производители ТД и НК должны иметь сертификат соответствия на свою продукцию и материалы, быть конкурентоспособными, воплощая девиз: «Одно средство, одно испытание - признание везде».