3 Прочностной мониторинг
3.1 Цели и задачи прочностного мониторинга вагонных конструкций
Мониторинг (англ. monitoring) – наблюдение за каким – либо процессом или состоянием чего – либо с целью контроля.
Понятие «мониторинг» можно встретить в различных сферах деятельности человека, например в экономике, охране окружающей среды, технике.
Существует два определения понятия «прочностной мониторинг»:
1. прочностной мониторинг – это наблюдение и анализ за наиболее напряженными участками вагонных конструкций;
2. прочностной мониторинг – это контроль и управление состоянием вагона с целью обеспечения надежной его эксплуатации в течении заданного срока службы.
Термин «прочностной мониторинг» был предложен И.Г. Овчинниковым.
Мониторинг должен обеспечить непрерывный или периодический контроль и управление напряженно – деформированным состоянием существующих вагонов. Прочностной мониторинг должен лежать в основе принципа эксплуатации по техническому состоянию вагона. Этот принцип предлагает контроль нагруженности основных и наиболее напряженных участков в течении предыдущего периода эксплуатации, получение информации об изменении технического состояния для прогнозирования ресурса и достижения предельного состояния [9].
Мониторинг используется в понятии остаточного ресурса. Безопасность оборудования тесно связана с показателями ресурса и надёжности, а они определяются конструкцией, примененными материалами, технологией изготовления, условиями эксплуатации.
Понятие ресурса включает в себя предполагаемую или фактическую деградацию служебных свойств конструкционного материала при назначенных и эксплуатационных условиях и режимах работы материала, так как проблема деградации свойств материала вагонных конструкций наиболее актуальна, то для остаточного ресурса конструкций необходим мониторинг деградации свойств материала в реальном масштабе времени. Для решения этой проблемы необходимо разрабатывать мониторинг вагонных конструкций.
Основная цель мониторинга заключается в обеспечении системы текущего осмотра и ремонта подвижного состава своевременной и достоверной информацией, позволяющей:
- оценить показатели состояния и функциональной целостности вагона;
- выявить причины изменения этих показателей и оценить последствия таких изменений, а также определить корректирующие меры при отклонении от норм содержания вагона;
- создать предпосылки для определения мер по устранению возможности возникновения аварийных ситуаций.
Свойствами конструкционного материала, которые определяют ресурс, являются прочность, пластичность, трещиностойкость. Деградация свойств происходит вследствие коррозии, воздействия температуры, действующих и остаточных напряжений.
Коррозия приводит к уменьшению толщины, потере плотности, изменению состава и структуры поверхностных слоев, снижению прочности и трещиностойкости конструкционных материалов.
Влияние температуры на деградацию свойств материалов сказывается через возможные фазовые и структурные превращения металла и поверхностных слоев, снижения характеристик длительной прочности, пластичности и термической усталости.
Действующие и остаточные напряжения не только усугубляют влияние коррозионных сред, но и непосредственно определяют длительную прочность и циклическую долговечность.
Опыт эксплуатации показывает, что при неправильном выборе материалов большое значение могут приобретать скорости контактной и язвенной коррозии. Компонентно-избирательную коррозию следует учитывать при использовании деталей из медных сплавов.
При равных прочих условиях во время эксплуатации решающее значение имеют химический состав и параметры, коррозионность внешней среды.
Прочностной мониторинг решает такие задачи как:
- оценка текущего состояния (поиск дефектов, анализ нагрузок);
- прогнозирование изменения состояния с течением времени под влиянием действующих причин;
- по результатам исследований необходима координация действий на объект исследований.
Большое количество параметров и действующих факторов делает необходимым создание автоматизированных систем сбора и анализа степени деградации исходных свойств материалов и расчета по этим данным остаточного ресурса.
Концепция прочностного мониторинга предполагает получение информации о величине напряжений в несущих элементах конструкции вагона в течении всего срока службы. Для этой цели использование тензометрических измерений является наиболее рациональным с точки зрения достоверности и точности получаемых результатов. Однако существующие датчики и разработанные под них технологии их установки и эксплуатации имеют ряд существенных недостатков:
- необходимо нарушать целостность лакокрасочного покрытия для крепления тензодатчиков;
- необходимость в подключении сложной аппаратуры усиления сигнала и его записи на установленный на объекте контроля компьютер или передачи на станционный;
- наличие проводов, аппаратуры и самих датчиков на поверхности объекта не гарантирует их сохранности в процессе эксплуатации.
Эти недостатки не позволяют эффективно использовать тензометрию в процессе эксплуатации подвижного состава с целью мониторинга состояния его несущих элементов.
Прочностной мониторинг включает в себя следующие этапы:
- сбор и обработка данных;
- анализ экспериментальных данных и выбор модели из имеющегося банка моделей коррозионного износа;
- определение значений коэффициентов коррозионного износа выбранной модели по экспериментальным данным;
- разработка методики и алгоритма расчета вагонной конструкции, составление программы;
- выполнение расчетов, анализ результатов расчета, сопоставление с экспериментом.
Система мониторинга ресурса должна включать банк исходных данных о свойствах примененных материалов, программы контроля выбранных параметров, программы по расчету ресурса, систему автоматического контроля и регистрации данных в течении всех циклов эксплуатации.
Существующие системы входного пооперационного и приемочного контроля позволяет создавать банк исходных данных конструкционных материалов, включая химический состав, структуру, характеристики прочности и пластичности. Для выбранных элементов и деталей в банк данных заносятся сведения о технологии изготовления, монтажа, обнаруженных допустимых дефектах и о действующих эксплуатационных нагрузках [10].
Программа контроля должна отражать значимые для ресурса свойства материалов с ранжировкой по степени важности, параметры контроля свойств материала и коррозионных сред, объекты контроля и места установки датчиков. Выбор мест контроля определяется экспертным путем при определении назначенного ресурса.
Система обеспечения периодического контроля и управления техническим состоянием вагонов, используемых для перевозки агрессивных грузов, должна учитывать условия эксплуатации. Система мониторинга в зависимости от технического состояния вагона должна:
- оценивать напряженно – деформированное состояние элементов конструкций и их изменение с учетом имеющихся дефектов и повреждений локального и распределенного характера;
- проводить анализ степени соответствия несущей способности конструкции внешним нагрузкам в рассматриваемый период;
- осуществлять выбор и организацию системы технического обслуживания и ремонта, обеспечивающей восстановление несущей способности и модернизации конструкции вагонов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.