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 по­вʼязана 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. Тру­фʼяков, 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 зʼ­єд­нань з урахува­н­ням їхньої мех. неоднорідності та наявності дефектів, подібних до тріщин, опору зварних зʼ­єд­нань 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 зʼ­єд­нань 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. обʼє­му (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 зʼ­єд­нань 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 памʼятник 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 ком­пʼютерне про­грамне забезпече­н­ня для систем ди­станцій. без­перерв. моніторингу потенційно небезпеч. обʼєктів: 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».

Завантажити статтю