Раздел 1. Теоретические основы надежности

Содержание

		С.

Раздел 1. Теоретические основы надежности
Лекция 1. Понятия и определения надежности. Экономические аспекты надежности. Показатели надежности
Лекция 2. Отказ. Классификация отказов. Энергетическая концепция возникновения отказа. Параметры потока отказов
Лекция 3. Случайные величины. Законы распределения, применяемые в теории надежности. Выбор теоретического закона распределения. Параметры статистического распределения
Лекция 4. Надежность сложных систем. Сложная система и ее характеристики. Структурный анализ систем технологического оборудования
Лекция 5. Методы расчета надежности сложных технических систем
Лекция 6. Резервирование. Методы, способы и типы резервирования. Задачи выбора оптимального числа резервных элементов в системе.
Лекция 7. Классификация машин и аппаратов по надежности. Работоспособность машины: анализ области работоспособности
Лекция 8. Источники информации по надежности. Испытания на надежность: объекты, виды и методы испытаний
Раздел 2. Физические основы надежности
Лекция 9. Старение и износ. Модель старения. Область существования старения
Лекция 10. Износ материалов: природа и классификация. Основные закономерности процесса изнашивания
Раздел 3. Эксплуатационная надежность
Лекция 11. Определение остаточного ресурса оборудования нефтегазопереработки
Лекция 12. Оценка технического состояния оборудования
Лекция 13. Определение остаточного ресурса оборудования при малоцикловых нагрузках
Лекция 14. Определение остаточного ресурса оборудования по критерию коррозионной стойкости
Рекомендуемая литература

Раздел 1. Теоретические основы надежности

Лекция 1. Понятия и определения надежности. Экономические аспекты надежности. Показатели надежности.

Понятия и определения надежности

Не смотря на разнообразие машин и аппаратов, которые эксплуатируются на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях, формирование показателей надежности происходит по общим законам.

В технической литературе проблемам надежности уделяется значительное внимание, однако, по вопросам надежности, именно, машин и аппаратов химических производств исследования весьма малочисленны.

Основная литература:

1. Шубин В.С., Рюмин Ю.А. Надежность оборудования химических и нефтеперерабатывающих производств: М.: Изд-во Химия, Колос С, 2006.-359 с.

2. Шубин В.С. Прикладная надежность химического оборудования: Учебное пособие. – Калуга: Изд-во Н.Бочкаревой, 2002.-296 с.

3. Надежность и ремонт машин. Под ред. Курчаткина В.В., М., Колос, 2000.-776 с.

Усложнение машин и усиление требований к ним подводят к необходимости повышения требований к их надежности, т.е. чем дороже, опаснее машина, тем более надежна она должна быть.

Не надежная машина не сможет эффективно функционировать, так как каждая её остановка из-за повреждения отдельных элементов или снижения технических характеристик ниже допустимого уровня, как правило, влечет за собой большие материальные убытки, а в самых неблагоприятных случаях может иметь и катастрофические последствия.

С особенно большими затратами времени и средств связан выход из строя основного оборудования нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств (это печи, колонны, реакторы т.п.). Ненадежная работа технологического оборудования может привести к выпуску некачественной и ненадежной продукции.

Самые страшные последствия, которые могут быть в результате эксплуатации ненадежных изделий и которые нельзя оценить ни какими экономическими показателями - это гибель людей.

Закладывается надежность на этапе проектирования, обеспечивается на этапе изготовления и поддерживается на этапе эксплуатации. Отсюда следует, что основные решения, принятые на стадии проектирования или изготовления, сказываются на её эксплуатации и экономических показателях.

Надежности уделяют большое внимание.

Как только машина задумывается конструктором – изучая условия, при которых машина должна работать (Т, Р, среда, местоположение), он продумывает материальное исполнение, конструирует узлы, соединения, опору, сопряжения с др. оборудованием.

Надежность закладывается при проектировании и расчете машины и зависит от:

-конструкции машины и её узлов;

-применяемых материалов;

-системы смазки;

-приспособленности к ремонту и обслуживанию и других конструктивных особенностей.

Надежность обеспечивается при изготовлении (производстве) и монтаже и зависит от:

- обеспечение запаса (технологическая прибавка);

-качества изготовленных деталей;

-качества сборки машины и её узлов и других показателей технологического процесса.

Надежность реализуется при эксплуатации машины и зависит от:

-методов и условий эксплуатации машины;

-системы её ремонта;

-методов обслуживания и других эксплуатационных факторов.

Машину нельзя изолировать от влияния среды, в которой она работает, от влияния процессов, которые протекают в ней при осуществлении рабочих функций. На оборудование воздействуют все виды энергии - механическая, тепловая, химическая, электромагнитная, вызывая обратимые и необратимые процессы, снижающие его начальные характеристики.

На протяжении лекционного курса мы будем изучать технологические источники и причины вредных воздействий на машины и агрегаты, изучать физическую сущность процессов, снижающих работоспособность машин.

Надежность машины является одним из основных показателей её качества. Под качеством технического устройства понимается совокупность средств, определяющих степень его пригодности по назначению.

Надежность – это свойство объекта сохранять во времени свою работоспособность.

Основные термины и определения по надежности:

Работоспособность – состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации.

Т.е. работоспособность – это не только «способность объекта работать» (выполнять необходимые функции), но и способность его выходных параметров находиться в допустимых пределах.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности.

Неисправность – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований технической документации.

Время работы объекта до отказа, выраженное в часах, называется наработкой до отказа.

Показатели надежности

Надежность объекта обусловливается следующими свойствами (рисунок 1.1):

Безотказность – свойство объекта сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов.

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению (осмотр, диагностика) и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость – свойство объекта непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение и после хранения и транспортирования.

		Свойства надежности		Показатели свойств надежности

		Безотказность		Вероятность безотказной работы


			Вероятность отказа


			Интенсивность отказов


			Плотность вероятности
Надежность

	Ремонтопригодность		Время на восстановление


		Время технического обслуживания


		Затраты на восстановление


	Долговечность		Наработка до отказа


		Коэффициент технического использования


			Коэффициент готовности


		Сохраняемость		Срок сохраняемости

Рисунок 1.1 - Основные показатели свойств надежности

Показатели безотказности.

Вероятность безотказной работы - коэффициент надежности - вероятность того, что в заданном промежутке времени (или в пределах заданной наработки) отказ не произойдет. Значение P(t) может находиться в пределах от 0 до 1 (рисунок 1.2).

Вероятность безотказной работы и вероятность отказа образуют полную группу событий:

Допустимое значение выбирается в зависимости от степени опасности отказа. Следует иметь ввиду, что применение без указания периода времени , в течение которого рассматривается работа объекта, не имеет смысла.

Рисунок 1.2 – Зависимость вероятности безотказной работы Р(t) объекта

от времени его эксплуатации

На рисунке 1.2 приведен пример функции безотказной работы изделия Р(t). Пунктиром показана кривая вероятности отказов F₁(t), которая симметрична по отношению к Р₁(t).

Из графика видно, что для данного изделия при его работе в течение t= T₁ безотказность работы весьма высокая, так как Р₁(t) ≈ 1, а при t= T₂ значение Р₁(t)≈ 0, 8. Кривая Р₂(t) для более надежного изделия, для которого область безотказной работы значительно больше и, например, при t= T₂ значение
Р₂(t) ≈ 1.

Интенсивность отказов l(t) – условная плотность вероятности возникновения отказа. Определяется из опыта в процессе эксплуатации или при проведении специальных испытаний для оценки надежности аппаратов.

где n – число отказавших объектов за время t; N – среднее число исправно работающих объектов за то же время.

Участок 0—t₁ (рисунок 1.3), где интенсивность отказов уменьшается, называется периодом приработки. В период приработки в основном проявляются конструктивные, технологические и производственные дефекты. Приработочные отказы порождены неидеальностью технологии изготовления деталей, сборки узлов и агрегатов и контроля. Отказы в период приработки объясняются в основном моделью «слабого» звена.

Рисунок 1.3 – Зависимость интенсивности отказов от времени работы

Участок t₁ – t₂ — стабилизация интенсивности отказов λ (t), стабилизация силы трения и температуры, рабочей жидкости - период нормальной эксплуатации. На этом участке интенсивность отказов устанавливается примерно постоянной и определяется случайными, в основном внезапными отказами из-за влияния эксплуатационных факторов.

t₂ - интенсивность отказов растет. Механизм отказов на этом участке объясняется моделью старения, износа и усталости.

Плотностью вероятности f(t) называется отношение числа отказавших аппаратов в единицу времени к числу аппаратов, первоначально установленных на испытание, при условии, что отказавшие аппараты не восстанавливаются и не заменяются новыми:

Показатели долговечности.

Наработка до отказа Т – время работы объекта в часах до возникновения отказа.

Для некоторых машин может иметь место критическая длительность эксплуатации, начиная с которой при эксплуатации будут резко возрастать затраты на ремонт из-за износа наиболее дорогих узлов машины или опасности ее дальнейшей эксплуатации.

Коэффициент технического использования К_ти, - численно равен вероятности того, что в данный, произвольно взятый момент времени машина работает, а не ремонтируется

К_ти = Т_раб / ( Т_раб + å Т_рем_i),

где Т_раб- время работы машины за некоторый период эксплуатации;

å Т_рем- суммарная продолжительность ремонтов машины за тот же период эксплуатации.

Рисунок 2.1 - Классификация отказов

1) по причинам возникновения:

Конструкционные отказы обусловлены ошибками, допущенными при проектировании, нарушениями требований государственных стандартов, занижением запасов прочности, ошибками в разработке принципиальных схем и конструкций устройств и т. д.

Производственные отказы вызываются нарушениями технологии изготовления, несоблюдением требований конструкторской документации при изготовлении, применением некондиционных материалов и комплектующих элементов, недостаточным контролем качества в процессе производства и т. п.

Конструкционные и производственные отказы, как правило, выявляются в начальный период эксплуатации. Они могут быть выявлены также в процессе приработочных испытаний в заводских условиях.

Эксплуатационные отказы являются следствием нарушений условий работы, на которые рассчитано нефтеперерабатывающее оборудование, несоблюдения оговоренных в технической документации правил эксплуатации, низкой квалификации обслуживающего персонала, естественного старения, изнашивания и других причин. Эксплуатационные отказы проявляются не только в начальный период эксплуатации, но и в последующее время.

2) по характеру проявления все отказы делятся на внезапные и постепенные. Если в качестве обобщенного параметра, характеризующего работоспособность нефтеперерабатывающего оборудования (давление, расход, и т.д.), то внезапные и постепенные отказы определяются скоростью изменения обобщенного параметра.

К постепенным отказам относятся такие, для которых скорость изменения обобщенного параметра имеет конечную величину. Постепенные отказы нефтеперерабатывающего оборудования являются следствием необратимых изменений его свойств, вызванных старением, износом, накоплением усталостных повреждений и изменением параметров рабочего процесса.

Внезапные отказы характеризуются резким, скачкообразным изменением обобщенного параметра под воздействием одного или нескольких возмущений, вызванных внутренними дефектами, нарушениями режимов работы или ошибками обслуживающего персонала. Обычно появлению внезапных отказов предшествуют скрытые дефекты или изменения свойств элементов, которые не всегда удается заменить и обнаружить.

3) по степени влияния на работоспособность нефтеперерабатывающего оборудования все отказы можно разделить на полные и частичные. При полных отказах происходит потеря работоспособности нефтеперерабатывающего оборудования. При частичных отказах способность нефтеперерабатывающего оборудования к выполнению своих функций сохраняется, однако при этом снижается эффективность их выполнения.

Для нефтеперерабатывающего оборудования, установленного на установке, выполняющих ответственные функции, отказы делятся на опасные и безопасные.

4) по возможности предсказания. При постепенных отказах характеристики нефтеперерабатывающего оборудования изменяются во времени, и, следовательно, принципиально возможно с помощью специальной системы контроля или специальных испытаний прогнозировать момент наступления отказа и принять соответствующие меры, обеспечивающие сохранение работоспособности нефтеперерабатывающего оборудования. Постепенные отказы, которые можно прогнозировать, называются прогнозируемыми.

Так же существует классификация отказов, зависящая от характера причин возникновения отказа. Она делится на две группы.

Первая группа. Отказы, являющиеся следствием дефектов конструкции, технологии производства, эксплуатационно-технической документации, а также других дефектов, повторяющихся для всех экземпляров данной системы или же хотя бы для некоторой группы экземпляров. Поскольку причины отказов данной группы повторяются для всех или части экземпляров системы, испытания отдельного экземпляра могут дать необходимую информацию для устранения причин возникновения таких отказов и, следовательно, для повышения надежности системы. При обнаружении отказов данной группы на отдельных экземплярах системы могут приниматься решения о проведении доработок на остальных или же проведении других мероприятий, исключающих появление подобного вида отказов.

Вторая группа. Отказы, которые вызваны случайным разбросом или ограниченностью сроков службы комплектующих элементов, случайным неблагоприятным сочетанием разбросов параметров элементов в пределах установленных допусков, случайным неблагоприятным сочетанием режимов работы или условий эксплуатации, случайными погрешностями производства и др. Обнаружение отказов второй группы на каком-либо отдельном экземпляре данной системы не дает оснований делать заключение о надежности остальных экземпляров: может случиться, что таких отказов на остальных экземплярах системы не будет. Устранение причин возникновения отказов второй группы вызывает затруднения, так как выявление причин их возникновения требует проведения большего комплекса мероприятий и проведения большего объема испытаний. Для повышения надежности при наличии отказов второй группы необходимо установить статистические закономерности (законы) их распределения.

Анализ причин возникновения отказов в процессе испытаний и эксплуатации систем и классификация отказов по группам являются важнейшими элементами исследования надежности.

Оценка эксплуатационной надежности оборудования установок АВТ проводилась по следующим показателям:

- вероятность безотказной работы;

- средняя наработка на отказ;

- интенсивность отказов;

- параметры потока отказов;

- среднее время восстановления и вероятность восстановления работоспособного состояния;

- коэффициент готовности;

- коэффициент технического использования.

В настоящее время основным источником информации для суждения о надежности объекта является статистика отказов. Отказ - это сигнал обратной связи, дающий представление (к сожалению, иногда с большим опозданием) о том, насколько конструкция, технология и условия эксплуатации обеспечили желаемые показатели надежности.

Выбор закона распределения

Гипотеза распределения принимается по следующей методике:

1 Определяем вид выборки
N < 20 - малая выборка	N > 20 - большая выборка
2 Строится вариационный ряд наработки: t1 < t2 < t3 < t4 < … < tn.	2 Общее время наработки до отказа ti разбивается на К интервалов только для большой выборки: ; К – число интервалов на практике К=4-12; Δ t – ширина интервала; tmax, tmin - максимальное и минимальное значение показателя
3 Для каждого значения Определяются показатели надежности Pi(t), F(t), li(t). Результаты сводятся в таблицу	3 Для каждого интервала определяются эмпирические характеристики: ni – число отказов в каждом интервале; Р0 – опытная вероятность; li(t) - оценка интенсивности отказов; Pi(t) оценка вероятности безотказной работы в интервале. Результаты сводятся в таблицу
4 Строятся гистограммы Pi(t), F(t), li(t). По виду гистограмм высказывается гипотеза о законе распределения:	4 Строятся гистограммы Pi(t), li(t). По виду гистограмм высказывается гипотеза о законе распределения:
- если l(t) = const, то принимается гипотеза об экспоненциальном законе; - l(t) имеет минимум в середине интервала, то принимается нормальный закон распределения; - если l(t) убывает или возрастает с увеличением t, то имеет место закон Вейбула-Гнеденко
5 Оценка параметров предполагаемого закона распределения
- среднее арифметическое значение случайной величины; - коэффициент вариации; - среднее квадратическое отклонение	- среднее арифметическое значение случайной величины; Ро – опытная вероятность i-го интервала; - коэффициент вариации; - среднее квадратическое отклонение
6 Проверка гипотезы о предполагаемом законе распределения:
по критерию Колмогорова	по критерию Пирсона
Dmax=F(t) - F(t), где F(t) – статистическая функция; F(t) – теоретическая функция; - условная интенсивность. Если Р(l) ³ 0, 5, то гипотеза не противоречит опытным данным.	Если , то гипотеза подтверждается. χ 2 - табличное значение (выбирается по Р и r); r = K – S + 1 – число степеней свободы; K – число интервалов; S – число обязательных связей: S =2 для нормального закона; S =1 для экспоненциального закона; S = 3 для закона Вейбула; ni – частота в i-ом интервале.

Критерий Колмагорова

Строим статистическую интегральную функцию распределения F*(t) и теоретическую интегральную функцию распределения F(t) предполагаемого закона.

Рисунок 3.2 – Теоретическая и экспериментальная функция распределения

Оцениваем максимальную величину расхождения между функциями:

Dmax=max |F*(t) - F(t)|,

где F*(t) – статистическая функция; F(t) – теоретическая функция;

Определяется условная интенсивность:

В зависимости от l находится табличное значение вероятности Р(l).

Если Р(l) ³ 0, 5, то гипотеза не противоречит опытным данным.

Критерий Пирсона

Требуется определить согласие гипотезы о законе распределения с результатами эксперимента и параметры распределения.

Если , то гипотеза подтверждается.

Доказано, что при n®¥ случайная величина х имеет c2 – распределение:

; .

где - табличное значение (выбирается по Р и r); r = K – S + 1 – число степеней свободы; K – число интервалов; S – число обязательных связей: S =2 для нормального закона; S =1 для экспоненциального закона; S = 3 для закона Вейбула.

Лекция 4. Надежность сложных систем. Сложная система и ее характеристики. Структурный анализ систем технологического оборудования

Последовательное соединение

Под последовательным соединением элементов в теории надежности понимают такое соединение, при котором отказ одного какого-либо элемента влечет за собой отказ всей системы.

Пример. На рисунке 4.4 приведена схема реактора с герметическим приводом.

Рисунок 4.4. - Схема реактора с герметическим приводом

Схема надежности реактора будет иметь вид, приведенный
на рисунке 4.5.

Р₁ Р₂ Р₃

Рисунок 4.5. - Схема надежности реактора

При рассмотрении схемы (см. рисунок 4.5) легко видеть, что при отказе любого элемента будет иметь место отказ функционирования всей системы.

Тогда, вероятность безотказной работы реактора равна:

(4.1)

Для определения вида соединения необходимо, перечисляя каждый элемент системы друг за другом, задавать вопрос: если этот элемент откажет, то откажет ли вся система? Если система откажет, то данный элемент включен последовательно; если система не откажет, то имеет место другой вид соединения.

На рисунке 4.6 представлены множества Р₁, Р₂, Р₃, представляющие собой функционирование соответствующего элемента по рисунку 4.5, т.е.:

- если вероятность безотказной работы (надежность) привода - это попадание точки в область Р_1;

- вероятность безотказной работы (надежность) перемешивающего устройства - это попадание точки в область Р₂;

- и надежность корпуса – попадание точки в область Р₃,

- то множество работоспособных состояний всей системы Р_с соответствует пересечению множеств Р₁, Р₂, Р₃.

Рисунок 4.6 - Последовательное соединение

Тогда для надежности системы можно записать:

(4.2)

Надежность зависит от времени.

Итак, расчетная формула для определения показателя надежности системы с последовательным соединением элементов:

(4.3)

Из этой формулы можно сделать следующие выводы:

1) надежность системы с последовательно включенными элементами всегда будет ниже надежности самого ненадежного элемента системы:

Параллельное соединение

Системой с параллельным соединением элементов называется такая система, которая отказывает в том случае, если отказали все ее элементы.

Пример такой системы представлен на рис. 7.8.

а) б)

Рисунок 4.8 - Системы с параллельным соединением

Случай, изображенный на рисунке 4.8, а, есть дублирование элементов.

На рисунке 4.8, б, система состоит из трех элементов.

Если отказывает любой из трех элементов - система остается работоспособной. Она будет работать и в том случае, если откажут любые два элемента, так как для обеспечения нормального функционирования системы достаточно функционирование всего одного элемента.

Определим надежность функционирования системы на рисунке 4.8, а:

P₁(t) - вероятность безотказной работы первого элемента;

Р₂ (t) - вероятность безотказной работы второго элемента.

Тогда

F₁(t) = 1 – P₁(t) - вероятность отказа первого элемента;

F₂(t) = 1 - Р₂ (t) - вероятность отказа второго элемента.

Вероятность отказа всей системы:

F_с(t) = [1 – P₁(t)] · [1 – P₂(t)]. (4.6)

Вероятность безотказной работы всей системы:

Р_с(t) = 1 - F_с(t) = 1 - [1 – P₁(t)] · [1 – P₂(t)]. (4.7)

В частном случае, если параллельно включенные элементы имеют одинаковую надежность, т.е.:

P₁(t) = P₂(t) = P(t). (4.8)

Будем иметь:

Р_с(t) = 1 - [1 – P₁(t)]². (4.9)

На рисунке 4.9 показана система кругов Р₁, Р₂, Р₃, все точки которых соответствуют работоспособности элементов системы, т.е. любая точка заштрихованного множества объединения отвечает состоянию работоспособности системы

Рисунок 4.9 - Параллельное соединение

Таким образом, расчетная формула для определения показателя надежности системы с параллельным соединением:

Р_с(t) = 1 - [1 – P₁(t)] · [1 – P₂(t)] ·...· [1 – P_n(t)]. (4.10)

Выводы из формулы следующие:

1) надежность системы с параллельно включенными элементами будет выше, чем надежность отдельного элемента;

Комбинированное соединение

Система с комбинированным соединением элементов – это система, у которой часть элементов включены последовательно, а часть параллельно.

В химической промышленности и родственных отраслях в большинстве случаев встречаются устройства, машины, аппараты и технологические схемы именно с комбинированным соединением элементов в смысле надежности.

Для определения показателя надежности всей системы существует следующая методика.

Решение.

Определим Р_с(t) по уравнению (6.13). Значение функции F₀(Z) определяем из справочных данных. Результаты сводим в таблицу 8.6.

;

Таблица 6.6 - Изменение вероятности безотказной работы системы во времени

t, ч.
Р_с(t)	0, 977	0, 500	0, 023

Такие расчеты важны для определения норм запасных частей.

Из таблицы 8.6 видно, что 8 запасных частей (N=9) хватит на 600 ч. работы с довольно высокой вероятностью Р_с(t)=0, 977, а на 900 ч. - только с вероятностью 0, 500.

Рассчитаем норму запасных частей для заданной вероятности Р_с(t)=α.

Из формулы (6.13):

где - квантиль нормального распределения.

Поделим обе части этого уравнения на t₀:

где - средний расход запасных изделий за время t;

- коэффициент вариации.

Тогда:

Решим уравнение относительно N:

. (6.14)

Расчет ненагруженного резерва более сложен, поэтому часто используют схему нагруженного резерва, но надо помнить: это приводит к заниженным значениям надежности.

Однако отметим, что рассмотренные выше методики и решения вполне могут быть использованы при выборе оптимальной схемы, так как если данный вариант имеет лучшую надежность при нагруженном резерве, то в действительности в случае ненагруженного резерва этот вариант тоже будет иметь лучшие показатели.

Лекция 7. Классификация машин и аппаратов по надежности. Работоспособность объекта: анализ области работоспособности.

Старение и износ

Среди причин возникновения отказов большое место занимают старение и износ.

С течением времени материалы, из которых изготовляют узлы машины, претерпевают необратимые изменения, порождения:

- накоплением деформаций;

- межкристаллическими явлениями и другими причинами.

В конечном результате происходит отказ.

Старение - это естественный процесс изменения во времени физико-химических свойств материала, проявляющееся в виде необратимых структурных изменений, распада, окисления и других явлений.

Старение происходит под влиянием окружающей среды (нагрев, охлаждение, влажность), механических воздействий (вибрация, удары), абразивного действия и т. д.

Одной из основных причин старения является остаточные деформации, которые возникают при больших нагрузках, вызывающие кратковременные напряжения в материале выше допустимых.

В условиях эксплуатации возникают кратковременные нагрузки, превышающие предел упругости.

При напряжениях превышающих предел упругости полная деформация e_n состоит из упругой деформации, которая исчезает при снятии нагрузки, и остаточной, остающейся после снятия нагрузки (рисунок 9.1):

, (9.1)

Рисунок 9.1 – Зависимость деформации от напряжения

Вследствие этого при многократном нагружении в материале накапливаются остаточные деформации, которые при достижении определенного уровня могут привести к разрушению (зарождению, образованию и развитию трещин).

Согласно энергетической концепции критическое напряжение, при котором происходит переход развития трещины в неустойчивое состояние:

, (9.2)

где 2 - длина трещины;

Е - модуль упругости;

W_н. - энергия поверхностного натяжения трещины;

W_п – работа, идущая на пластическую деформацию при распространении трещины.

Анализ условий эксплуатации

Анализ условий эксплуатации проводят с целью:

1) определения возможности достоверного прогнозирования остаточного ресурса оборудования. Возможность прогнозирования остаточного ресурса имеется в тех случаях, когда критерии предельного состояния оборудования определены в численных значениях и в ходе эксплуатации ведутся измерения (периодические или непрерывные) и регистрация параметров оборудования, определяющих его предельное состояние. Например, прогнозирование остаточного ресурса возможно, когда предельным состоянием аппарата, работающего с коррозионно-активной средой, является уменьшение толщины его стенок до расчетной величины (S_min). При эксплуатации периодически осуществляют контроль толщины стенок.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒