 Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по разным специальностям
На правах рукописи ШИГИН Андрей Олегович ОЦЕНКА И ПОВЫШЕНИЕ ЖИВУЧЕСТИ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА 01.02.06 - динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск - 2008 Работа выполнена в Сибирском федеральном университете и Институте вычислительного моделирования СО РАН Научный руководитель: канд. техн. наук, доцент Доронин Сергей Владимирович Официальные оппоненты: д-р физ.-мат. наук, профессор Никитенко Анатолий Федорович канд. техн. наук Рынгач Николай Анатольевич
Ведущая организация: Инженерно-технологический центр ООО Рус-инжиниринг (филиал в г. Красноярске) Защита состоится л22 декабря 2008 г. в 15 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 003.054.02 в Институте гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН по адресу: 630090, г. Новосибирск, пр-т академика Лаврентьева, 15. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН Автореферат разослан л ноября 2008 г. Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н. Леган М.А. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Оборудование металлургического производства характеризуется знанчительными габаритами, нагрузками, единичными мощностями, уровнями накопленной потенциальной энергии во время выполнения большинства техннологических операций. Аварии, происходящие на металлургических объекнтах из-за разрушения элементов оборудования, сопровождаются большим числом пострадавших и значительными материальными потерями. Длительнные сроки эксплуатации основных металлургических агрегатов, оборудованния и технологических коммуникаций (в среднем 40-50 лет) позволяют пронгнозировать значительное ухудшение безопасности эксплуатации и возникновение предпосылок к аварийным ситуациям. Значительная часть аварий металлургического оборудования обусловнлена отставанием развития методов проектирования и расчета несущих коннструкций, их несоответствием современным жестким требованиям к обеспенчению прочности, надежности и безотказности. Таким образом, несущие коннструкции металлургического оборудования необходимо рассматривать как объекты повышенной ответственности, методы проектирования и эксплуатанции которых следует совершенствовать для повышения эффективности обонрудования в целом, исключения тяжелых разрушений и аварий. В связи с этим актуальными являются разработка методических подхондов к оценке прочности и ресурса несущих конструкций металлургического оборудования на стадии возникновения (усталостная долговечность) и развинтия (живучесть) трещиноподобных дефектов с целью обеспечения эффективнной безаварийной эксплуатации машин. Цель работы заключается в разработке и реализации методики оценки и обеспечения количественных показателей живучести ненсущих конструкций технологического оборудования металлургического производства. Идея работы состоит в прогнозировании и обеспечении показателей живучести конструкций с развивающимися трещиноподобными дефектами для предотвращения аварий и разрушений технологического оборудования с учетом факторов риска металлургического производства. Задачи исследований:
Методы исследований: аналитические, численные, экспериментальные методы теории упругости, пластичности, механики разрушения, пакеты прикладных программ. Основные научные положения, защищаемые автором: 1. Требования к живучести несущих конструкций зависят от опасности их разрушения, определяемой принадлежностью оборудования к технологическим группам, группам опасности и живучести, устанавливаемым путем структурной схематизации производственных систем, построения и анализа циклограммы риска производственных процессов. 2. Расчетно-экспериментальная оценка и обеспечение предложенной системы показателей живучести является необходимым условием предотвращения разрушения конструкций с развивающимися трещиноподобными дефектами. 3. Нормирование технологической и эксплуатационной дефектности конструкций выполняется на основе полученных расчетно-экспериментальных зависимостей показателей живучести от размера дефекта с учетом потенциальной опасности разрушения конструктивных зон. 4. Условием предотвращения аварийных ситуаций и катастрофических разрушений несущих конструкций является разработка и применение технических средств повышения живучести, расчетно-экспериментальное обоснование конструктивных параметров которых осуществляется в связи с диагностируемыми или допускаемыми размерами трещиноподобных дефектов. Достоверность научных результатов обеспечена использованием эксплуатационных данных по разрушениям и авариям оборудования, экспенриментальными исследованиями живучести моделей анодной штанги комплексного технологического крана алюминиевого производства и баранбанов ленточных конвейеров, применением современных методов математинческого и компьютерного моделирования. Новизна научных положений. Сформулированные научные положения обладают достаточной новизной: 1. Принципиально новыми являются методики структурной схематизации производственных систем, построения и анализа циклограммы риска технологических процессов, позволившие оценить опасность разрушения и впервые обосновать дифференцированные требования к живучести несущих конструкций оборудования. 2. Впервые предложена система количественных показателей живучести с учетом систематизации конструкций по технологическим группам, группам опасности и живучести, а также разработана методика их расчетно-экспериментальной оценки. 3. Впервые получены оценки живучести и обоснованы безопасные размеры трещиноподобных дефектов оболочечных элементов конструкций с учетом фактического режима эксплуатации: для трубчатой вращающейся печи - особенностей термомеханического нагружения по технологическим зонам ее рабочего пространства, для барабанов ленточных конвейеров - усилия натяжения конвейерной ленты. 4. При исследовании технических средств повышения живучести оборудования получены новые конструктивные решения защиты конструкций от разрушения, предложена и реализована методика их расчета в условиях штатных и аварийных нагрузок. ичный вклад автора заключается в постановке и реализации цели и задач исследования, сборе и анализе данных по отказам и авариям металлурнгического оборудования, исследовании напряженно-деформированного сонстояния элементов несущих конструкций с трещиноподобными дефектами, получении расчетных и экспериментальных оценок долговечности и живученсти типовых конструкций оборудования. Практическая значимость работы заключается в обосновании дифнференцированных требований к прочности и ресурсу несущих конструкций технологического оборудования, получении оценок долговечности, живученсти и безопасных размеров дефектов типовых элементов конструкций оборундования, разработке и реализации методик расчетного обоснования констнруктивных решений, обеспечивающих повышение живучести. Апробация работы. Основные результаты работы представлены на VII Всероссийской конференции Современные методы математического моденлирования природных и антропогенных катастроф (Красноярск, 2003), межнрегиональной конференции молодых ученых Проблемы безопасности жизннедеятельности в техносфере (Благовещенск, 2004), Всероссийской и межнрегиональной научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых (Красноярск, 2005, 2006), III Евразийском симпозиуме по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата (Якутск, 2006), Международной научно-практической конференции Странтегические приоритеты и инновации в производстве цветных металлов и зонлота (Красноярск, 2006), Всероссийской конференции Деформирование и разрушение структурно-неоднородных сред и конструкций (Новосибирск, 2006), Международной конференции Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании (Павлодар, 2006), II Всероссийнской конференции Безопасность и живучесть технических систем (Краснноярск, 2007), научных семинарах Отдела машиноведения Института вычислительного моделирования СО РАН, кафедры Горные машины и комплексы Сибирского федерального университета, Отдела механики деформирования и разрушения Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН. Внедрение результатов осуществлено в условиях Саяногорского алюнминиевого завода (ООО АП-Сервис) при расчетном обосновании констнруктивных решений по усилению анодной штанги комплексного универнсального анодного крана, позволивших повысить ресурс узла в среднем на 30%а, и в АО Тестмаш при постановке и проведении экспериментов по иснследованию живучести барабанов ленточных конвейеров при наличии трещиноподобных повреждений, о чем имеются соответствующие акты внедренния. Публикации. Основное содержание работы отражено в 18 публикациях, в том числе в трех рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования результатов диссертационных исследований. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных результатов и выводов, приложений. Основное содержание и выводы изложены на 136 страницах. Работа содержит 56 рисунок и 9 таблиц. Список использованных источников включает в себя 263 наименований. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, указана цель и основные задачи исследований. В первом разделе выполнен анализ проектных расчетов и эксплуатационной надежности технологического оборудования. По результатам эксплуатационных наблюдений установлены особенности, причины и условия повреждений, разрушений и аварий несущих конструкций оборудования, характерные зоны трещинообразования. Рассмотрены расчетные схемы элементов конструкций и особенности проектирования технологического оборудования как элемента производственной системы. Установленные факторы риска металлургического производства, недостатки проектных расчетов и низкий уровень эксплуатационной надежности позволили сформулировать ряд задач расчета и обеспечения живучести несущих конструкций. Во втором разделе выполнена систематизация потенциально опасных конструкций технологического оборудования металлургического производства, в основу которой положены разработанные новые методические подходы. Структурная схематизация производственных систем. Разрабатывается графическая схема, аналогичная схеме последовательного и параллельного соединения элементов в теории надежности. Отличие заключается в том, что в эту схему в качестве элементов включаются не только отдельные единицы оборудования и их узлы, но и другие элементы производственной системы и происходящие в ней процессы (технологические процессы, потоки материалов и энергии). Анализ схем взаимодействия элементов производственных систем позволяет отнести любую единицу оборудования к одной из двух технологических групп. К I группе отнесены те единицы оборудования, полные или частичные отказы которых таким образом влияют на технологические процессы, потоки материалов и энергии, что создаются дополнительные нагрузки (механические, термические, электромагнитные и др.) на другие единицы оборудования. Ко II группе относятся единицы оборудования, отказы которых не влияют на нагруженность и надежность смежных единиц оборудования посредством изменения протекания технологических процессов. Оборудование, относящееся к I технологической группе, дополнительно делится на три подгруппы: I/I - оборудование, отказы которого создают дополнительные нагрузки, не оказывающие значительного влияния на работоспособность и ресурс смежных единиц оборудования, ими можно пренебречь; I/II - оборудование, отказы которого создают дополнительные нагрузки, приводящие к ограничению работоспособности и (или) снижению ресурса смежных единиц оборудования; I/III - оборудование, отказы которого создают дополнительные нагрузки, приводящие к повреждениям и отказам смежных единиц оборудования. Таким образом устанавливается взаимосвязь между напряженно-деформированным состоянием (НДС), отказами и разрушениями смежных в производственной системе единиц оборудования. Построение и анализ циклограммы риска. Предложен методический подход, связанный с анализом риска при цикличном функционировании производственной системы, и направленный на выявление наиболее потенциально опасных ситуаций с целью повышения живучести соответствующих типов и элементов конструкций оборудования. На первом этапе выполняется логический анализ производственной системы, в пределах которой осуществляется некоторый цикл операций технологического процесса. Далее для каждого момента времени в течение рассматриваемого цикла выполняется по известным физическим соотношениям оценка накопленной каждым элементом системы потенциальной энергии и строится графическая зависимость риска от времени - циклограмма риска (в предположении, что в каждый момент времени уровень риска пропорционален накопленному уровню потенциальной энергии). На последнем этапе анализируются наиболее опасные моменты времени, характеризующиеся максимумом накопленной потенциальной энергии, и получаются оценки опасности разрушения отдельных единиц оборудования. Это позволяет установить те единицы оборудования, их узлы и элементы, разрушение которых представляет наибольшую потенциальную опасность, а также соответствующие моменты времени технологического цикла. Все технологическое оборудование ранжируется по степени опасности следующим образом. Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по разным специальностям
|
