Geum.ru

Методом Анализа Структурных Изменений (маси) доклад

Вид материалаДоклад

Содержание


Нтц «геодинамики и диагностики».
Подобный материал:
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

«ВОПРОСЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ УСТАНОВКИ ОБЪЕКТОВ

НАРУЖНОЙ РЕКЛАМЫ И ИНФОРМАЦИИ»


ТЕМА ДОКЛАДА.

«Определение физико-механических параметров материала рекламных конструкций и их остаточного ресурса Методом Анализа Структурных Изменений (МАСИ)»


Докладчик:

Президент ООО НТЦ «Геодинамики и диагностики»

К.т.н. Берман Александр Валерианович


г. Москва. 21 июля 2010г.


Вопросы промышленной безопасности любых объектов и конструкций требуют проведения большого набора работ на всех стадиях жизненного цикла от разработки технической документации, изготовления и эксплуатации.

Рекламные конструкции в вопросах безопасности и надежности требуют к себе особое внимание т.к. располагаются в местах большого скопления людей и транспорта и в случае разрушения представляют опасность жизни и здоровью граждан.

Безопасность и надежность рекламных конструкций в настоящее время обеспечивается множеством нормативных актов и техническими требованиям, как к разработке документации, так и к изготовлению, монтажу и эксплуатации. При разработке технической документации и изготовлении конструкций в расчетах жесткости, надежности и устойчивости используются справочные данные физико-механических свойств металла, из которого изготавливается конструкция. На этапах разработки и изготовлении это правомерно, эти данные в основном отражают реальную картину состояния конструкции. При длительной эксплуатации в условиях мегаполиса, под воздействием агрессивной окружающей среды, ссылаться на расчетные прочностные характеристики конструкций нельзя т.к. фактические физико-механические параметры состояния металла и нормативные по Госту различаются и чем больше срок эксплуатации конструкции, тем больше погрешность.

На изменение физико-механических свойств материала, от которых зависят прочностные характеристики конструкции, влияют многие факторы.

Процесс естественного старения материала приводит к изменению структуры, образованию усталостных дефектов, и как следствие снижению прочностных характеристик, что приводит к постепенной деградации материала и аварийной ситуации.

Большое влияние на деградацию материала оказывают различные агрессивные факторы окружающей среды, которые приводят к коррозии и в конечном итоге к разрушению.

В настоящее время оценка надежности и безопасности эксплуатации рекламных конструкций и выдача заключения об их пригодности к дальнейшему использованию производится на основании накопленного опыта эксплуатации подобных конструкций в сравнительно похожих условиях и визуального обследования на наличия механических повреждений и коррозии. Структурные изменения материала, степень его деградации, как за счет времени его жизни, так и под воздействием окружающей среды не учитываются. Его физико-механические свойства на данный момент, в расчет не принимаются по простой причине: Нет технической возможности в условиях использования конструкции, не нарушая ее целостности, получить данные о состоянии материала, в данное время в данном месте, с целью проведеня анализа прочностных характеристик конструкции и ее пригодности к безаварийной эксплуатации.

Наша фирма НТЦ «Геодинамики и диагностики» предлагает вопрос сбора данных о фактическом состоянии рекламных конструкций и их возможности дальнейшего использования решить посредством применения разработанного нами нового метода неразрушающего контроля Метод Анализа Структурных Изменений (МАСИ) и прибора деградационной индикации «ДИМ-2004».

Метод анализа структурных изменений основан на базе метода свободных колебаний – «МСК», широко известном во всём Мире и является развитием энергетического подхода А.А.Гриффитса на базе изменения анизотропии металла при пластических деформациях. Например, когда Вы покупаете хрустальный фужер, то постукиваете его по краю; если звук высокий, то трещин нет, если низкий звук, то где-то есть трещина. Однако частоту, в данном случае, каждым воспринимает субъективно. Принятая в диагностике гипотеза И. Ньютона о пропорциональности между силами вязкости и скоростями деформации, а также частотные информативные диапазоны, установленные Г.Н. Соболевой под руководством Академика по кристаллографической физике А.В. Шубникова, позволили разработать новый метод неразрушающего контроля и прибор деградационной индикации. Наш прибор: «DIM-2004» за счёт 360 функционально связанных физических закономерностей, полученных в течение 56 лет сравнительных натурных и лабораторных испытаний, в ИГИ, в МГИ, в ГКБ № 1 им. Н.И.Пирогова, в ИГД им. А.А.Скочинского, в ООО «Фирма ГЕОТЕХПРОГРЕСС», в АО «ВНИИСТ», в ГУП ВНИИЖТ ИЦЛ МПС, в ЗАО «ПРОЧНОСТЬ», НТЦ «ГЕОДИНАМИКИ И ДИАГНОСТИКИ». позволяет объективно воспринимать наиболее информативные частотные диапазоны, а смещение резонансов в этих диапазонах позволяет определять все известные физико-механические энергетические и тепловые параметры диагностируемого металла объекта, а также прогноз остаточного ресурса.

Избирательный съём информации обеспечивает анализ структурных изменений, так как информативные диапазоны отражают: развитие усталостных дефектов (питтинга, субзёрен и др) на базе винтовых дислокаций; развитие силовых дефектов (трещин, расслоений) на базе краевых дислокаций; развитие когерентности торможения дефектов на базе повышения пористости неметаллических включений в усадочных раковинах или в волосовинах.

Традиционными акусто-эмиссионными методами возможно определение местоположения дефектов и их геометрических параметров, а также в определенной степени оценка деградации металла. Но они не позволяют производить оценку при неразрушаюшем контроле физико-механических свойств, регламентируемых сертификатом изготовителя, не говоря уже о прогнозе остаточного ресурса конструкции на основе ее реального технического состояния. В связи с указанным, для предотвращения аварийных ситуаций и катастроф, остается лишь накопление большого объема статистических данных по эксплуатации аналогичных объектов в сходных условиях для традиционного технического обслуживания по нормативным показателям.

Разрушение сплошности металла и других конструкционных материалов (пород, железобетонов) на разных стадиях деградации их структуры характеризуется определенным смещением резонансных частот с максимальной амплитудой отклонения над уровнем фона от эталонных в 6-ти специфических диапазонах, что является установленным новым физическим явлением. А поскольку частоты поглощения и излучения энергии в соответствии с законом Зеемана близки, то отклик принудительного акусто-эмиссионного излучения спектра частот отражает текущее состояние металла объекта.

Установленные функциональные взаимосвязи между частотами колебаний структуры материала, с физико-механическими свойствами материала объекта позволяют определять с достоверностью до 95 % не только наличие и месторасположение браковочных дефектов, но и механические свойства материала, как на текущий момент, так и на момент полной деградации его структуры. При этом одновременно определяют величины циклической трещиностойкости материала и спектральной плотности освобождаемой энергии в устье усталостной трещины. Последнее, определяющее жесткость нагружения, позволяет рекомендовать оптимальные режимы эксплуатации конструкции, т.е. выбрать режим «мягкого» нагружения. Это продиктовано тем обстоятельством, что в области жестких нагружений материал даже при незначительных, не достигнувших браковочных параметров дефектов, деградирует значительно сильнее, чем при мягких нагружениях с браковочными дефектами. В совокупности указанное позволяет прогнозировать остаточный ресурс изделия на основе его реального технического состояния, а не по нормативным показателям срока службы и параметров выявленных дефектов.

Указанные положения нашли экспериментальное подтверждение в экспериментах с разрушающим контролем образцов посредством циклических испытаний в условиях жестких и мягких нагружений. При этом характерный спектр принудительного акусто-эмиссионого отклика (спектр резонансов) на момент полной деградации структуры, т.е. в предаварийном состоянии аналогичен не только для всех видов сталей (литье, поковка, прокат), но и для других материалов: сплавов алюминия, горных пород, железобетонных изделий и т.п. Данная закономерность связана с тем, что в момент усталостного разрушения когерентные сдвиги переходят в отрывное вихревое квази-хрупкое течение по внутренней границе пластической зоны плоской деформации под углом 45 градусов в соответствии с теорией А.Надои. Кроме того, данные положения находят подтверждения при фрактографическом анализе ориентации кристаллических плоскостей на момент усталостного разрушения.

Прибор «DIM-2004» реализован на основе запатентованного метода анализа структурных изменений материала «МАСИ». Он состоит из персонального компьютера (ноутбука), пьезоэлектрического датчика ускорений (акселерометра), излучателя звука и программного обеспечения. Прибор зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под № 31481-06 и допущенным к применению в Российской Федерации, CЕРТИФИКАТ RU.C.28.004.А № 23623 изготовленный по ТУ 42772004.72761147-05. Он надежен, удобен и прост в эксплуатации.

В процессе апробации МАСИ и прибора ДИМ-2004 проводились работы на различных изделиях изготовленных из разных материалов и различными способами. При более детальном обследовании результаты работ подтверждались другими штатными приборами, а при необходимости, разрушающими методами контроля. В 2010 г в подтверждении лабораторных испытаний и работ прошлых лет совместно с ОАО «РЖД» и холдинговой компанией «СДС-Маш» проводились работы по выявлению браковочных дефектов в литых деталях тележек грузовых вагонов. Работы проводились в условиях реального производства. Последующее послойное фрезерование в диагностируемой зоне подтвердило наличие в указанных зонах крупных раковин и внутренних трещин с выходом на поверхность в местах недоступных штатным приборам.

Ресурсные испытания боковых рам тележек грузовых вагонов производства Уралмаш и Алтай вагон, проходившие в испытательном центре ОАО «РЖД» в г.Щербина на пульсаторах до разрушения, показали отклонение прогноза остаточного ресурса данного прибором ДИМ-2004 от реального разрушения в среднем 8%.

Применение МАСИ при определении безопасности и надежности рекламных конструкций может существенно повысить достоверность информации о фактическом состоянии материала элементов конструкции, позволит более точно и обоснованно определить сроки эксплуатации, время проведения ремонтных работ и замены элементов конструкций.

Прибором ДИМ-2004, не меняя условий эксплуатации конструкций только при наличии доступа к ней можно определить:

  1. Существующую жесткость конструкции;
  2. Вид нагружения: мягкое или жесткое, которое испытывает материал автоколебательной системы: конструкция-среда;
  3. Наличие коррозионного охрупчивания за счет биологического, химического или механического воздействия.
  4. Соответствие реальной величины трещиностойкости и хладостойкости данному уровню циклических нагрузок.
  5. Остаточный ресурс элементов конструкции при данном виде нагружения.
  6. В результате диагностики могут быть даны рекомендации по увеличению ресурса эксплуатируемого объекта за счёт корректировки наиболее нагруженных элементов и узлов, а именно, циклической изгибной жёсткости.
  7. Получить другие (35 параметров) физико-механические свойства материала конструкций на момент изготовления, на момент диагностики и момент полной деградации (разрушения) . Анализ всех полученных данных, при необходимости, может дать развернутую картину состояния конструкции.

Использование полученной информации при принятии решения о дальнейшей судьбе рекламных конструкций обеспечит безопасное и безаварийное их использование длительное время.