Надійність виробів, конструкцій і матеріалів — Енциклопедія Сучасної України

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 ін-тах 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 Ін-тах 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 Ін-ті 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 Ін-ті 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 Ін-ті 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), т-ри (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. пром-сті. 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. буд-ва. Застосування відповід. матеріалів, проектів і методів буд-ва 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 тер. 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 Ін-ті 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. з-д 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. пром-сті, нафтоперероб. підпр-в, 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».

Літ.: 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.

О. М. Корнієнко

Статтю оновлено: 2020

Покликання на статтю
О. М. Корнієнко . Надійність виробів, конструкцій і матеріалів // Енциклопедія Сучасної України: електронна версія [веб-сайт] / гол. редкол.: І.М. Дзюба, А.І. Жуковський, М.Г. Железняк та ін.; НАН України, НТШ. Київ: Інститут енциклопедичних досліджень НАН України, 2020. URL: https://esu.com.ua/search_articles.php?id=71544 (дата звернення: 16.09.2021)