CC BY
0Як бачимо з рисунка, на входi у нас архггектурна модель яка в свою чергу складаеться з таких елементiв як стши, перекриття, колони, балки i т.д. Далi ми повиннi провести аналiз архпектурно! моделi i видшити типовi стики, описаннi у таблиц 2. Пiсля цього ми можемо згенерувати попередню УРМ та виявити всi колiзil як1 виникли внаслщок генерацп. Виявивши котзи, ми повинш !х усунути, аби в подальшому передати у розрахунковi САПР цшсну модель. Сам процес усунення колiзiй являе собою цiлу низку спецiалiзованих алгоритмiв, як1 будуть описаннi в окремих статтях. Пiсля усунення колiзiй ми можем згенерувати к1нцеву УРМ.
Висновки
У статтi були дослщжеш iснуючi моделi конс-трукцiй, на основi аналiзу цих конструкцiй була за-пропонована унiверсальна розрахункова модель (УРМ), яка буде служити переходною моделлю мiж архiтектурною i конструктивною моделлю сшнчен-них елементiв у розрахункових САПР. Наведенi ос-новш принципи генерацп УРМ у виглядi схем алго-ритмiв. Подальше впровадження дано! моделi дозволить полегшити взаемодш архитектора та конструктора шд час проектування будiвельного об'екта.
Список лггератури
1. Вильдермут Г. Индивидуальная архитектура - индустриально! / Г. Вильдермут, В. Шкатов // Жилищное
строительство. - 2011. - №3. - С. 32-35.
2. Бородавка £.В. Квасневський В.М. Методи сортування геометричних об'екпв та ix реалiзацiя на прикладi плагiна автонумерацп для САПР Allplan/ £.В. Бородавка, В.М. Квасневський// Уп-равлiння розвитком складних систем. - 2014. № 18.
- С. 128 - 132.
3. Норенков И. П. Основи автоматизованого проектування: шдр. для вузiв. — 4-е вид., перероб. i доп. — М.: Вид-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009.
— 430 с. — ISBN 978-5-7038-3275-2
4. Малюх В. Н. Вступ в сучасш САПР: Курс лекцш. — М.: ДМК Пресс, 2010. — 192 с. — ISBN 978-5-94074-551-8
5. Айвор Хортон. Visual C++ 2010: повний курс. — М.: Ддалектика, 2010. — С. 1216. — ISBN 978-5-8459-1698-3
6. Страуструп Б.. Дизайн i еволющя C++ — СПб.: Штер, 2007. — 445 с. — ISBN 5-469-01217-4
7. 1ан Грехем. Об'eктно-орieнтованi методи. Принципи та практика / Пер. з англ. - 3-е вид. - М.: Вшьямс, 2004. - 880 с.
8. Малюх В. Н. Введення в сучасш САПР: Курс лекцш. - М.: ДМК Пресс, 2010. - 192 с. - ISBN 978-5-94074-551-8
9. Брюс Шнайер "Прикладна криптографiя. Протоколи, алгоритми, вихвдш тексти на мовi Q". -М.: Триумф, 2002. - ISBN 5-89392-055-4
10. Шклаус Вiрт "Алгоритми та структури да-них". - М.: Свiт, 1989. - ISBN 5-03-001045-9
Коваленко И.В.,
доцент, кандидат технических наук, Азовский морской институт национального университета
«Одесская морская академия», кафедра «Эксплуатация судовых энергетических установок». Мариуполь, Украина.
Спиридонов В.В.
старший преподаватель, Азовский морской институт национального университета «Одесская морская академия», кафедра «Эксплуатация судовых энергетических установок». Мариуполь, Украина.
ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
И УЛЬТРОЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
OPERANION RELIABILITY EVALUATION OF THE SHIP POWER PIPELINES WITH APPLICATION OF MATHEMATICAL MODELING AND ULTRASONIC TESTING METHODS
Kovalenko I., associate Professor, Azov maritime institute national university «Odesa maritime academy», department of «Exploitation of ship power plants» , Mariupol, Ukraine.
Spiridonov V., senior lecturer, Azov maritime institute national university «Odesa maritime academy», department of «Exploitation of ship power plants» , Mariupol, Ukraine.
АННОТАЦИЯ
В данной статье представлена методика оценки технического состояния судовых энегетических трубопроводов, ультразвуковыми приборами.
Приведена разработанная методика для оценки склонности металла труб и сварных соединений к стресс - коррозии.
Представлены пояснения процесса зарождения и развития стресс -коррозионных трещин и поверхностных повреждений в металле труб и сварных соединениях.
Даны рекомендации по снижению уровня повреждений судовых энергетических трубопроводов.
ABSTRACT
This article deals with a methodology for evaluation of technical condition of the ship power pipelines, by ultrasonic devices.
A developed methodology to evaluate the tendency of metal pipes and welded joints to stress corrosion is given.
Explanation of the nucleation process and the development of stress- corrosion cracking and surface damage in pipes and welded joints are presented/
Recommendation to reduce the risk of damage to ship power pipelines are proposed. Ключевые слова: деформации, напряжения, трубопровод, коррозия, микротрещины, прогиб, нагрузка.
Keywords: deformations, compressive stress, pipes, corrosion, cracks, deflection, load.
Основной целью статьи является создание модели для оценки безопасности и эксплуатационной надежности судовых трубопроводов, длительно эксплуатируемых в сложных условиях. В лабораторных условиях получены стресс - коррозионные трещины на трубных образцах, изготовленных из сталей Ст20, Х46, Х70, которые свидетельствуют о сложной природе их образования и о многостадийном процессе, происходящем с течением времени при контакте напряженного металла труб с околотрубной и внут-ритрубной коррозионной средой.
В процессе разработки модели, необходимо спрогнозировать трубные конструкции которые зависят от структуры материала, вида и уровня напряженно-деформированного состояния, коррозионной активности внешней среды и параметров,
характеризующих усталостную деформацию металла (срок эксплуатации, количество циклов нагружения).
Для контроля состояния системы необходимо регулярно получать данные о напряженно-деформированном состоянии трубопровода и образовании поверхностных дефектов. Такие данные могут быть получены лишь при помощи внутритрубной и поверхностной диагностики. Поэтому для обеспечения диагностики технического состояния трубы производится зачистки поверхности трубопровода и предусматриваются узлы пуска и приёма средств диагностики без остановки насосно-компрессорных станции.
Диагностика по внешней поверхности трубопроводов проводится с помощью ультразвуковых приборов УСД-50, и прибора УД4 -94-ОКО-01.
Рис.1
Общий вид исследования судовых котловых агрегатов ультразвуковым дефектоскопом УД4-94-ОКО-01.
Образец для испытаний должен отражать действительную работу металла трубы, а также обладать всеми её конструктивно-технологическими признаками, в частности, такими, как кривизна, толщина стенки, технологическая наследственность и при наличии сварных соединений должно сохраняться поле остаточных сварочных напряжений.
При нагружении образца (рис.2) статической нагрузкой в его рабочей зоне должно создаваться напряженно-деформированное состояние, характерное для реальной трубы, так как усталостное и
коррозионно-усталостное разрушения наиболее часто возникают в зоне максимальных напряжений 1.
Однородное поле напряжений должно сохраняться на всём пути следования усталостной и кор-розионно-усталостной трещин, как по поверхности 2 образца, так и по его толщине, вплоть до достижения трещиной предельно допустимых размеров.
Модель состоит из образца, изготовленного из материала реальной трубы, обладающего всеми её конструктивно-технологическими признаками, а схема нагружения образца создает в рабочей зоне 3 напряженное состояние соответствующее реальному судовому трубопроводу.
В процессе испытаний нагрузка 4, приложенная к исследуемому сегменту трубы, поддерживалась постоянной. Вследствие этого общий запас упругой потенциальной энергии поддерживался на уровне, обеспечивающем развитие усталостной трещины.
Общий запас потенциальной энергии определяется из следующего выражения
W =
bHa
MAX
r
6E
L + 2 L
v 9 у
(1)
d4W 4u 2 d2W
4u2
dx
a2 dx
2
Nxax
a N
u = —.
q, (2)
(3)
где b — ширина; H — толщина, L— длина; Е — модуль Юнга.
Больший запас потенциальной энергии резко сокращает время до растрескивания и увеличивает скорость растрескивания по сравнению с испытаниями при постоянной общей деформации.
При испытании на изгиб широких образцов Ь/Н>5 в центре образца в пластической области реализуется двухосное напряженное состояние с
CTj / = 1 / 0,5 . Таким образом, оптимальные
размеры приспособления выбирали исходя из толщины исследуемого сегмента, и обеспечивающими получение однородного поля растягивающих напряжений по сечению трубы в его центральной части.
Зависимости же распределения напряжений по толщине исследуемого сегмента определяли по аналогии с ранее разработанным образцом-моделью, с той лишь разницей, что радиус R цилиндрической оболочки увеличивается (трубопровод большего диаметра) и её кривизной можно пренебречь ввиду малости. В этом случае расчетная схема оболочки будет представлять из себя пластину, нагруженную равномерно распределенной нагрузкой q = const. Следовательно, при R дифференциальное уравнение прогибов пластины примет вид:
2 V D
где W— перемещение (прогиб оболочки), N -продольное усилие, q - нагрузка
Общее решение соответствующего однородного дифференциального уравнения:
2u 2u
W = C + C2x + C3sek—x + C cos—x, (4) a a
где Ci, C2, С3и С4— постоянные интегрирования.
Частное решение неоднородного дифференциального уравнения (2) будет иметь вид:
W4P =-qx2 / 2Nx.
(5)
Для вычисления параметра "и " воспользуемся соотношением:
N =
Eh
a
" 2
2( 1 -ц ^ о V ^
Е, Ц- соответственно, модуль упругости и коэффициент Пуассона материала оболочки.
Изгибающий момент в произвольном сечении будет равен:
dW dx
2
dx. (6)
Mx „ .-Dd?W=4
(x) dx2 4u2
cosul 1 -
1-u-
2x
sin u
(7)
В опорных сечениях (при х=0 и х=а) изгибающий момент составит:
M( 0) = M(a) =
qa
2
f
4u2
1 -
u
л
thu
. (8)
a
Из этого же выражения (7) определяется момент в середине пролета (при х=а/2):
да2 Л и Л
M
(а/2 )
4u
2
1 -
V shu J
(9)
Поперечная сила в произвольном сечении деформированной пластинки определяется дифференцированием уравнения (1.18):
/
shu
Q{x )
qa
1 -
2 x
V
a
J
(10)
2 8ки
Из этого выражения следует:
Q(0)=-Q(a)=qa/2,0(о/2)=о. (11)
Для определения эквивалентной равномерно распределенной нагрузки q примем, что данная нагрузка обеспечивает возможность создания в центральной части образца таких же напряжений, как и продольная сила Р. В этом случае, чтобы напряжения в трубе были одинаковыми, очевидно должны, быть равны и изгибающие моменты в рассматриваемом сечении. Тогда:
М = Р Я тп а = q(Я2/2 - Я). (12)
Из этого уравнения определим величину q:
q = Р^т а /(0,5Я - 1). (13)
В зависимости от жесткости вставки для достижения напряжений, равных 0,8- С 0 2, будет меняться приложенная нагрузка. Зная величину равномерно распределенной нагрузки по уравнению 10, определяли изгибающий момент посредине пролета оболочки и соответствующие нормальные напряжения по сечению оболочки по уравнению 13. Разработанный образец в большей мере отражает условия работы судового трубопроводов, моделирует потенциальную энергию перекачиваемого продукта за счет вставки и создает однородное поле растягивающих напряжений по толщине трубы в зоне испытания.
Поверхностно-активные элементы коррозионной среды способствуют зарождению микропластических деформаций в зоне дефекта, характеризующегося высоким уровнем остаточных напряжений и скоплением неметаллических включений. Процесс микропластических деформации поверхностного слоя интенсифицируется под действием водорода. Вопреки распространенному мнению о том, что в водородосодержащих средах происходит процесс охрупчивания, в начальный период при малых концентрациях, водород способствует микропластическим деформациям удлинения.
Локальные микропластические течения поверхностного слоя происходят при напряжениях, меньших величины микропластического предела текучести. Выводы:
1. Из полученных результатов так же следует, что максимальная величина микропластических деформаций в локальных зонах происходит в поверхностном слое сварного шва и околошовной зоне и согласуется с тем, что большинство стресс - коррозионных разрушений судовых трубопроводов из
стали Х70 происходит в сварном шве и околошовной зоне.
2. Коррозионные среды способствуют увеличению неравномерности поверхностных деформаций металла с течением времени в результате процессов низкотемпературной ползучести.
3. Установлено что, максимальная величина микропластических деформаций в локальных зонах происходит в поверхностном слое сварного шва и околошовной зоне и согласуется с тем, что большинство стресс-коррозионных разрушений газопроводов из стали Х70 происходит в сварном шве и околошовной зоне.
4. Определено, что ползучесть образцов в наво-дороживающих средах, связана с возникновением в неравновесных условиях отдельных микрообъемов с высокой локальной концентрацией водорода;
Достоверность экспериментальных данных обеспечивается использованием современных средств измерений и стандартных методик проведения исследований, а также методов статистической обработки данных.
Список литературы
1. Готальский Ю.Н. Сварные соединения разнородных сталей / Ю.Н. Готальский - М. : Техника, 1981. - 185с.
2. Патон Б.Е. Перспективы производства толстостенных биметаллических корпусов высокого давления / Б.Е. Патон, А.Д. Чепурной, В.Я Саенко, Л.Б. Медовар // Автомат.сварка. - 2004. - №1. - С. 30 - 39.
3. Закс И.А. Сварка разнородных сталей / И.А. Закс - М: Статус -Эко, 1993. - 208с.
4. Медовар Б.И. Многослойная сталь в сварных конструкциях / Б.И. Медовар, Б.Е. Патон - К: Наукова Думка, 1984. - 288с.
5. Рыкалин Н.Н. Производительность и эффективность процесса проплавления металла сварочной дугой / Н.Н. Рыкалин // Сборник « Процессы плавления основного металла при сварке. -М: АН СССР, 1960 - 70с.
6. Gut K., Hurbsher J. Das Shweissen von warm-festel austenitishem Stahlagss auf CrNi Basis. - Z. Schweisstechnik, 1988, Bd 54, N9, S. 277-286.
7. Васильев А.Д. Некоторые вопросы ручной дуговой сварки аустенитными электродами/ А.Д. Васильев //Сборник «Судпромгиз», 1990. - №3 - С. 84 - 89.
8. Ротштейн В.П. Дефекты сварных соединений / В.П. Ротштейн - Т.: Маркел- М, 2003. - 306 с.
9. Шварц В.А. Сварные конструкции паровых и газовых турбин / В.А. Шварц - М. : Машиностроение, 1982. - 321с.
10. Бельчук Г.А. Сварные соединения в корпусных конструкциях / Г.А. Бельчук - Л. : Судостроение, 1989. - 279с.
11. Shaffler A.L. Selektion of Austenitic Electrode forwarding Dissimilar Metals //Welding Journal. - 1987. - №10. С. 61 - 70.
12. Мовчан Б.А. Микроскопическая неоднородность в литых сплавах / Б.А. Мовчан - К.: Техническая литература УССЗ, 1985. - 340с.
