Представленная работа демонстрирует оценку надежности стальных элементов с использованием структурно-энергетической теории отказов, основанной на обнаружении и исследовании внутренних дефектов образца. Основными целями были апробирование данной методики на образцах из конструкционной стали и определение характера разрушения в зависимости от внутренних трещин, пор, непроваров и т.д. Для этого были поставлены следующие задачи: изучение структурно-энергетической теории отказов; подготовка образцов для исследования; проведение томографического анализа до физического воздействия и после разрушения; расчет времени безотказной работы образцов при заданной нагрузке. В результате были подготовлены плоские образцы из стали Ст3, толщиной 4 мм, со сварным швом. Каждый образец был разрушен при нагрузке до 9000 кгс, после чего с помощью томографии были определены развитие внутренних трещин, их место и характер, также было рассчитано время безотказной работы образцов при заданных условиях.
долговечность, безопасность, вероятность безотказной работы, структурно-энергетическая теория отказов, томография, внутренние дефекты металла.
1. Введение
В настоящее время безопасность населения в городах сильно зависит от надежности и долговечности строящихся объектов, будь то жилые здания, производственные помещения, торговые центры, аквапарки или кинотеатры. Высокие темпы строительства довольно часто приводят к снижению качества исполнения и, как следствие, к увеличению рисков разрушения выполняемых построек. Например, в 2013 г. в Бразилии при строительстве обрушились два стадиона в Сан-Паулу и один в Рио-де-Жанейро, в 2009 г. произошла авария на Саяно-Шушенской ГЭС, в 2005 г. произошло падение крыши аквапарка «Трансвааль-парк». Кроме того, часто падают краны, происходит обрушение стропильных ферм складских помещений, козырьков подъездов и др.
В подавляющем большинстве современных конструкций металл используется в качестве каркасов, связующих элементов и т.д., а благодаря разнообразию механических и эксплуатационных характеристик он стал одним из наиболее распространенных и используемых материалов. Многообразие сплавов позволяет использовать его во всех промышленных отраслях, таких как строительство зданий и сооружений, двигателестроение, создание коммуникаций, путепроводов и т. д. Существует множество рекомендаций, ГОСТов, СНиПов и стандартов, которые определяют выбор металлов при производстве конкретных изделий. Несмотря на это, на практике часто можно встретить сообщения о его разрушении, более того известны примеры, когда причиной аварии каменных, бетонных, деревянных и других конструкций были дефекты металлических элементов, входящих в общий конструктивный комплекс [1].
1. Черняев А.И., Трефилов В.А. Оценка надежности и обеспечение долговечности тяжело нагруженных элементов // Научные исследования и инновации. 2013. Т. 7, № 1–4. С. 95–101.
2. Дубинина С.В. Прогнозирование разрушения металла в процессе интенсивной пластической деформации цилиндрической заготовки равноканальным угловым прессованием // Сб. трудов II международной научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники-2010». УФА: УГНТУ, 2010. С. 7–10.
3. ГОСТ 23118–99. Конструкции стальные строительные. Общие технические условия. Введ. 2001–01–01. Госстрой России. М. : ГУП ЦПП, 2001.
4. СНиП 3.03.01–87. Несущие и ограждающие конструкции. Введ. 1988–01–07. Госстрой СССР. М. : ЦИТП Госстроя СССР, 1989.
5. СП 53–101–98. Изготовление и контроль качества стальных строительных конструкций. Введ. 1999–01–01. Госстрой России. М. : ГУП ЦПП, 1999.
6. Деев В. С., Трефилов В.А. Надежность технических систем и техногенный риск. Часть 3: Структурно-энергетическая теория отказов: учеб. пособие. Пермь: издательство ПНИПУ, 2012. С. 167.
7. Острейковский В.А. Теория надежности: Учеб. для вузов. — М.: Высш. шк., 2003.
8. Машина испытательная специальная УМЭ-10ТМ. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. — Министерство приборостроения, средств автоматизации и систем управления СССР. 1976.
