Надійність виробів, конструкцій і матеріалів
НАДІ́ЙНІСТЬ ВИ́РОБІВ, КОНСТРУ́КЦІЙ І МАТЕРІА́ЛІВ (НВКМ) — здатність виробу, конструкції, а також матеріалу виконувати задані функції протягом визначеного терміну експлуатації, зберігаючи при цьому в певних межах, установлених режимах роботи й умовах використання закладені характеристики й показники. До поняття «НВКМ» належать: безвідмовність, довговічність, ефективність і ремонтопридатність як виробу загалом, так і його частин. Надійність виробів і конструкцій пов’язана зі зміною властивостей матеріалів — поступовим (старіння сплавів, повзність, втома, зношування) або стрибкоподіб. крихким руйнуванням. Старіння металів і сплавів є однією з найбільших проблем НВКМ. У багатьох інститутах НАНУ і укр. ВНЗах вивчають процеси старіння металів, їхні фіз.-мех. характеристики, циклічну довговічность, напружено-деформований стан без руйнування. На основі багаторіч. наук. дослідж. розроблено відповідні методики прогнозування поводження матеріалів в умовах експлуатації та створені прилади для вимірювання змін, що відбуваються у цих матеріалах. Зокрема, розроблені технології оцінювання товщини й адгезії тонких захис. покриттів на різних основах, створені засоби оцінювання короз. ураження підзем. трубопроводів, втрати їх герметичності й порушення ізоляц. покриття. У НАНУ створ. загальновизнані наук. школи, що досліджують проблеми НВКМ, зокрема й в Інститутах електрозварювання (Л. Лобанов) та проблем міцності (А. Лебедєв; обидва — Київ). Оцінювання НВКМ переважно здійснюють за допомогою експеримент. дослідж., методів теорії ймовірності, матем. статистики та статист. моделювання. Необхід. умовою визначення НВКМ є: випробування зразків у різних умовах, зокрема й у найбільш несприятливих з можливих у реал. експлуатації; аналіз і облік результатів. Так, 1930 укр. фахівець у галузі зварювання та мостобудування Є. Патон уперше в світі спроектував установки й почав випробовувати натурні вузли зварних конструкцій. Відтоді в Інституті електрозварювання НАНУ удосконалення зварювал. процесів було направлено на забезпечення НВКМ відповідно до їхнього призначення й умов експлуатації (Б. Патон, В. Труф’яков, В. Новиков та ін.). В Інституті проблем міцності досліджено закономірності деформування та руйнування твердих тіл при склад. напруженому стані в широкому діапазоні т-р, розроблено методи оцінювання гранич. несучої здатності та залишк. ресурсу відповідал. конструктив. елементів сучас. техніки (Г. С. Писаренко, А. Лебедєв). В Інституті електрозварювання НАНУ здійснюють комплекс фундам. дослідж. в галузі статич. й динаміч. міцності зварних з’єднань з урахуванням їхньої мех. неоднорідності та наявності дефектів, подібних до тріщин, опору зварних з’єднань крихким і шаруватим руйнуванням та руйнуванню від втоми, наук. підходів щодо забезпечення надійності та довговічності зварних конструкцій при виконанні вимог щодо зниження їх металоємності, методів неруйнів. контролю якості та діагностики зварних з’єднань і конструкцій, оцінювання та подовження ресурсу зварних конструкцій відповідал. призначення. Створ. нові типи високоефектив. зварних конструкцій, до яких належать легкі буд. металоконструкції, прогони мостів, важконавантажені конструкції з високоміц. сталей, унікал. конструкції перетворювал. об’єму (Л. Лобанов та ін.). НВКМ, що працюють в екстремал. умовах (трубопроводи, транспортні засоби, реактори, ракети, монум. споруди та ін.), контролюють в процесі виготовлення, приймання та експлуатації. Вимоги до НВКМ залежать від виду навантаження (статичне, динамічне, ударне, вібраційне, комбіноване), середовища (внутрішнє, зовнішнє), температури (висока, кріогенна), магніт., електр. та ін. полів, радіоактив. опромінювання тощо. Прикладом конструкцій, що працюють в склад. температурно-силових умовах, схильних до удар. динаміч. навантаження, є вироби ракетобуд. промисловості. Вимоги до характеристик і якостей ракет-носіїв вирізняються низкою специфіч. експлуатац. умов, що, відповідно, ускладнює технологію виготовлення як окремих вузлів, так і устаткування в цілому. Надійність забезпечується макс. міцністю конструкц. матеріалів, герметичністю з’єднань тощо. Забезпечення НВКМ є важливою вимогою пром. і цивіл. будівництва. Застосування відповід. матеріалів, проектів і методів будівництва повинні гарантувати стійкість споруди, захищеність від сейсміч. впливів, природ. і техноген. катаклізмів. Прикладом ретел. науково обґрунтованої НВКМ є пам’ятник Батьківщині-матері в Києві — найвищий монумент на території України й один з десяти найвищих у світі (102 м; вага 450 т; за розрахунками конструкторів та інж., може простояти понад 150 р.). Спочатку його пропонували виготовити з маловуглец. сталі з напиленням поверхні бронзою, однак надійність цього ефект. варіанту була не високою через можливу корозію. В Інституті електрозварювання НАНУ була розроблена технологія виготовлення конструкції блоками по 20–30 т — до сталевого каркасу приварили листи нержавіючої сталі товщиною 1,5 мм (кер. — К. Ющенко, виробник — Київ. завод ім. Паризької комуни). Важливим завданням було забезпечити надійність монумента при сейсміч. і динаміч. навантаженнях. На моделях був обраний проект конструкції, в якій центр ваги знаходився на осі скульптури з точністю до декількох сантиметрів. Скульптору В. Бородаю довелося ретельно визначити положення щита (13х8 м, 13 т) та меча (після укорочення на 3 м став довж. 16 м і вагою 9 т). У мечі встановили спеціально розроблений 9-тон. маятник — стабілізатор, що гасить коливал. процеси. Аналогіч. маятник вмонтовано в Незалежності Монументі у Києві. Такі конструкції можуть витримувати землетрус у 9 балів і ураганні пориви вітру. На поч. 21 ст. в Україні продовжено дослідж. випадків руйнування конструкц. матеріалів. Укр. вченими виконано матем. моделювання фіз. процесів у деформованому матеріалі, розвинуто методи та засоби оцінювання стану конструкцій на основі акустич. емісії, акустико-емісій. діагностики зварних конструкцій (див. Неруйнівний контроль). Розроблено методи визначення руйнів. навантаження та прогнозування залишк. ресурсу конструкцій, алгоритми та комп’ютерне програмне забезпечення для систем дистанцій. безперерв. моніторингу потенційно небезпеч. об’єктів: енергетики, хім. промисловості, нафтоперероб. підприємств, аміакопроводу й аміакосховищ (Б. Патон, А. Недосєка). Питання НВКМ укр. науковці досліджують, зокрема, в рамках цільової комплекс. програми НАНУ «Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин».
Рекомендована література
- Патон Е. О., Горбунов Б. Н. Расчет и проектирование электросварных конструкций в промышленном строительстве. Москва, 1933;
- Писаренко Г. С., Лебедев А. А., Матвеев В. В. и др. Прочность материалов и элементов конструкций в экстремальных условиях: В 2 т. К., 1980;
- Патон Б. Е., Труфяков В. И. О повышении несущей способности и долговечности сварных конструкций // АС. 1982. № 2;
- Лебедев А. А., Ковальчук Б. И. и др. Справочное пособие по расчёту машиностроительных конструкций на прочность. К., 1990;
- Недосека С. А. Объектный подход к решению задач механики несплошной среды и прогнозированию состояния материалов // Тех. диагностика и неразрушающий контроль. 1998. № 1;
- Патон Б. Е., Недосека А. Я. О новых подходах в оценке состояния сварных конструкций // Там само. 2000. № 1;
- Handbook of Mechanical of Structural Materials at a Complex Stress State. New York, 2000;
- Проблемы оценки технического состояния и ресурса сварных конструкций. Прогрессивные материалы и технологии: В 2 т. К., 2003;
- Основы расчета и диагностики сварных конструкций. К., 2008;
- Недосека А. Я. Акустическая эмиссия и ресурс конструкций // Тех. диагностика и неразрушающий контроль. 2008. № 2;
- Лебедев А. А. Развитие теорий прочности в механике материалов // ПП. 2010. № 5;
- Недосека С. А. и др. О распознавании изменений структуры материалов при разрушении по данным акустической эмиссии // Тех. диагностика и неразрушающий контроль. 2016. № 4;
- Технічна діагностика матеріалів і конструкцій: У 8 т. Л., 2017.
Завантажити статтю
