Вернези Никос Леонидович, кандидат технических наук, доцент кафедры эксплуатации транспортных систем и логистики
AuthorID: 287526
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина
Nikas L. Vernezi, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Transport Systems and Logistics Department
AuthorID: 287526
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003
Введение. Для оценки состояния металла конструкции чаще всего применяют неразрушающие методы. Опасное напряжение определяется по значению предела текучести. У такого подхода есть слабые места. Это, во-первых, вероятностная природа методики (в нормативно-техническую документацию вносится минимальное значение показателя, полученное при лабораторных испытаниях). Во-вторых, следует преодолеть ограничения по числу образцов. В-третьих, разная длительность эксплуатации обусловливает значительную разницу механических характеристик металла, что в известной степени осложняет долгосрочное прогнозирование состояния конструкции. Представленная работа призвана решить эти задачи в рамках исследования новых и давно эксплуатируемых объектов в Ростовской области. Цель научных изысканий — анализ усталостных изменений и определение возможной деградации металла.
Материалы и методы. Механические характеристики исследуемого материала достоверно описываются законом распределения Вейбулла через параметр сдвига (минимально возможное значение характеристики) и параметр формы (рассеивание величины). Для научных изысканий в рамках работы задействовали метод индентирования, основанный на видоизмененном способе оценки твердости по Роквеллу. Конический индентор внедряется в поверхность, затем анализируется реакция металла. Для реализации метода воспользовались аналогово-цифровым преобразователем и ноутбуком. Для корреляционного анализа брали промежуточные характеристики: глубина, максимальная и минимальная скорости, максимальное и минимальное ускорение внедрения конуса. Устанавливалась корреляция с механическими характеристиками, определенными по стандартным испытаниям на растяжение и твердость металла.
Результаты исследования. Изучались объекты с нулевой и многолетней эксплуатацией. Замеры проводили на складе, производстве, стадионе, мосту, во Дворце спорта и на опоре линии электропередач. Из группы новых и отработавших сооружений выбрали по одному для подробной фиксации значений пределов текучести. Так, до начала эксплуатации проанализировали состояние трех металлических ферм склада. Установлено, что наименьше значение предела текучести здесь — 240 МПа, максимальное — 345 МПа. На опорах линии электропередач, бывших в эксплуатации 43 года, самое низкое зафиксированное значение предела текучести — 235 МПа, самое высокое — 384 МПа. Для каждого из шести сооружений приводится минимальное и среднее распределение значений предела текучести металла, даны коэффициенты вариации этого показателя. Зафиксированные значения обобщены в виде таблицы. Рассчитаны средние показатели по всем новым и отработавшим конструкциями. Графически представленные данные иллюстрируют рост коэффициентов вариации предела текучести с увеличением срока эксплуатации.
Обсуждение и заключение. Сравнительный анализ полученных значений предела текучести строительных конструкций приблизительно одного класса прочности позволяет предположить, что влияние времени эксплуатации может как увеличить, так и уменьшить исследуемый показатель. При этом длительная эксплуатация — фактор, увеличивающий среднее значение коэффициента вариации. Для мониторинга прочностных возможностей конструкции целесообразно задействовать неразрушающий метод, выборочно отслеживая механические характеристики элементов до и в процессе эксплуатации.
Introduction. Non-destructive methods are most often used to assess the condition of the metal structure. Dangerous stress is determined by the value of the yield strength. This approach has weaknesses. This is, firstly, the probabilistic nature of the methodology (the minimum value of the indicator obtained during laboratory tests is entered into the regulatory and technical documentation). Secondly, the limitations on the number of samples should be overcome. Thirdly, the different duration of operation causes a significant difference in the mechanical characteristics of the metal, which to a certain extent complicates the long-term prediction of the condition of the structure. The presented work is designed to solve these problems within the framework of the study of new and long-operated facilities in the Rostov region. The scientific research objective is to analyze fatigue changes and determine possible degradation of the metal.
Materials and Methods. The mechanical characteristics of the material under study were reliably described by the Weibull distribution law through the shear parameter (the minimum possible value of the characteristic) and the shape parameter (magnitude dispersion). For scientific research, the indentation method based on a modified Rockwell hardness estimation method was used as part of the work. A conical indenter was embedded in the surface, then the reaction of the metal was analyzed. To implement the method, an analog-to-digital converter and a laptop were used. For correlation analysis, intermediate characteristics were taken: depth, maximum and minimum velocities, maximum and minimum acceleration of cone insertion. A correlation was established with the mechanical characteristics determined by standard tensile and hardness tests of the metal.
Results. Objects with zero and long-term operation were studied. The measurements were carried out in a warehouse, production site, stadium, bridge, Palace of Sports and on a power line support. From the group of new and used structures, one was selected for a detailed fixation of the values of yield strength. So, before the start of operation, the condition of three metal trusses of the warehouse was analyzed. It was established that the lowest value of the yield strength here was 240 MPa, the maximum was 345 MPa. On the power transmission line poles, which have been in operation for 43 years, the lowest recorded value of the yield strength was 235 MPa, the highest was 384 MPa. For each of the six structures, the minimum and average distribution of the metal yield strength values was given, and the coefficients of variation of this indicator were given. The recorded values were summarized in the form of a table. The average values for all new and used designs were calculated. Graphically presented data illustrate the growth of the coefficients of variation of the yield strength with increasing service life.
Discussion and Conclusion. A comparative analysis of the obtained values of the yield strength of building structures of approximately the same strength class suggests that the influence of operating time can both increase and decrease the studied indicator. At the same time, long-term operation is a factor that increases the average value of the coefficient of variation. To monitor the strength capabilities of the structure, it is advisable to use a non-destructive method, selectively monitoring the mechanical characteristics of the elements before and during operation.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.