Никос Леонидович Вернези, кандидат технических наук, доцент кафедры эксплуатации транспортных систем и логистики
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Nikos L. Vernezi, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Transport Systems and Logistics Department
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003
Введение. Перед ремонтом или реконструкцией стальных сооружений необходимо получить информацию о прочностных возможностях металла. Расчетные сроки службы металлоконструкций составляют десятки лет, при этом известно, что механические характеристики исходного металла за это время претерпевают изменения. Кроме того, многие объекты работают с превышением этих сроков. Как отмечают некоторые исследователи, проблема получения таких характеристик связана с тем, что, во-первых, в большинстве случаев вырезание образцов из действующих конструкций невозможно, во-вторых, применение неразрушающих методов контроля должно обеспечить достаточную точность оценки, в-третьих, неразрушающий контроль из-за конструктивных особенностей объекта физически возможен не в любой точке, в-четвертых, обследовательские работы эксплуатируемой конструкции весьма трудоёмки, дороги и требуют снижения как объёмов, так и стоимости, в-пятых, при оценке механических характеристик исследуемого металла необходимо применение подхода, позволяющего обеспечить точность результатов с минимизацией объёмов работ за счет использования ранее полученной информации о характеристиках металла подобной конструкции. Вследствие изложенного возникает задача разработки методики, объединяющей методы неразрушающего контроля и учета априорной информации.При неразрушающем контроле конструкций на практике применяются методы качественной оценки состояния металла или сварных соединений, такие как ультразвуковой, магнитный, радиационный и др. Также имеют место количественные методы оценки механических характеристик, например, с помощью переносных твердомеров. Однако приборное обеспечение большинства методов оценки прочностных характеристик (предела текучести, временного сопротивления разрыву) громоздко или ограничено лишь лабораторными рамками.Методы уточнения экспериментальной информации на основе использования априорных данных специалистами условно разделены на три группы:− по приоритету весов априорной и опытной информации;− экстраполирование прошлых данных на будущие периоды;− основанных на байесовских процедурах.В статье описан метод неразрушающего контроля прочности на основе индентирования, разработанный при участии автора и многократно апробированный в реальных обследованиях. Цель данной статьи заключается в обосновании предложенной автором методики минимизации объема необходимой выборки при обследовательских работах, основанной на объединении методов неразрушающего контроля и байесовского учета доопытной информации.Материалы и методы. План исследования включал в себя анализ доопытной информации о механических характеристиках металлов и разработку алгоритма минимизации объема выборки объектов контроля. Перед измерением металл конструкций зачищался ручной шлифовальной машиной. Использовался метод неразрушающего контроля оценки механических характеристик по параметрам ударного внедрения индентора в исследуемую поверхность. Для минимизации объема работ применялся байесовский подход к сокращению дисперсии апостериорных значений за счет использования доопытной информации о механических характеристиках подобных сталей. Исследовался материал Ст3 класса прочности КП 245 с пределом текучести 245 МПа и временным сопротивлением разрыву 412 МПА, по характеристикам которого на ранее исследованной аналогичной металлоконструкции имелась доопытная информация.Результаты исследования. Реализован метод неразрушающего контроля прочности металла трубной конструкции. При этом использована априорная информация, полученная при предыдущих обследовательских работах аналогичного материала. На основе байесовского подхода объединена опытная и доопытная информация, в частности, о значениях временного сопротивления разрыву. Предложена методика оценки минимально необходимого объема выборки обследуемых элементов конструкции при условии минимального риска от ошибки оценивания. В результате расчетов установлено, что применение такой методики возможно при объёме выборки в количестве двух-трех элементов.Обсуждение и заключение. Предложенная методика явилась следствием анализа результатов более 20 проведённых обследовательских работ по оценке прочностных возможностей действующих металлических конструкций. На основе примененного метода неразрушающего контроля одномоментно определялись предел текучести, временное сопротивление разрыву, относительное удлинение и твердость. В статье приведены данные для значений временного сопротивления разрыву. Следует отметить, что даже при условии длительности одного измерения в 20–30 сек. в некоторых случаях на обследование крупных сооружений (например, мостов) требовалось значительное время, иногда измеряемое неделями. Выполненный расчет по предложенной методике, объединившей опытную и доопытную информацию об одной из прочностных характеристик стали, временном сопротивлении разрыву, показал высокую эффективность применения такого подхода и возможность дальнейшего его применения при обследовательских работах
Introduction. Before repairing or reconstructing steel structures, it is necessary to obtain information about the strength capacities of the metal. The estimated service life of metal structures is tens of years, but it is known that the mechanical properties of the original metal change over time. Additionally, many facilities operate beyond these anticipated lifespans. As some researchers have noted, the challenge of obtaining such information is due to several factors. Firstly, in most cases, it is impossible to cut samples from existing structures. Secondly, the use of non-destructive testing methods needs to ensure sufficient accuracy in assessment. Thirdly, non-destructive testing may not be physically possible due to the design features of the object. Fourthly, survey work on the operating structure can be very laborious and expensive, requiring a reduction in volume and cost. Fifthly, when assessing the mechanical characteristics of the metal, it is important to apply an approach that guarantees the accuracy of results while minimizing work by utilizing previously obtained information on similar metals. Given these challenges, the development of a methodology that combines non-destructive testing with prior information is crucial.In non-destructive testing of structures, methods for qualitative assessment of the condition of metal or welded joints are used, such as ultrasonic, magnetic, and radiation techniques. There are also quantitative methods for evaluating mechanical characteristics, such as using portable hardness testers. However, most methods for assessing strength characteristics, such as yield strength and temporary tear resistance, are cumbersome and limited to laboratory settings.The methods of clarifying experimental information using a priori data by experts are conventionally divided into three categories:− according to the priority of the weight of a priori and experimental data;− extrapolation of past data to future periods;− based on Bayesian procedures.This article describes a non-destructive strength testing method based on indentation developed with the author's participation and repeatedly tested in actual surveys. The aim of this article is to justify the author's methodology to minimize the amount of required samples during survey work by combining non-destructive testing methods and Bayesian accounting for experimental information.Materials and Methods. The research plan involved analyzing experimental data on the mechanical properties of metals and developing an algorithm to minimize the number of samples of control objects. Before measuring, the metal of the structures was cleaned with a hand grinder. The method of non-destructive testing of the evaluation of mechanical characteristics according to the parameters of the impact insertion of the indenter into the surface under study was used. To minimize the amount of work, a Bayesian approach was used to reduce the variability of posterior values by utilizing additional experimental data on the mechanical characteristics of such steels. The material St3 of strength class KP 245 with yield strength of 245 MPa and tensile strength of 412 MPA was studied. Additional experimental data on this material's properties were available from a previously studied metal structure.Results. The method of non-destructive testing of the strength of metal in pipe structures has been implemented. This method used prior information obtained from previous surveys of similar materials. Based on a Bayesian approach, experimental and previous information was combined, in particular, the values of time resistance to rupture. A method for estimating the minimum required sample size of the examined structural elements was proposed provided there was minimal risk from an estimation error. As a result of calculations, it was shown that the use of such a technique was possible with a sample size of 2–3 elements.Discussion and Conclusion. The proposed methodology was developed based on an analysis of more than 20 surveys conducted to assess the strength of the existing metal structures. Using the non-destructive testing method, we were able to simultaneously determine the yield strength, tensile strength, elongation, and hardness. The article presents data on the values of tensile strength. It should be noted that although the duration of each measurement was 20–30 seconds, in some cases it took longer to inspect large structures, such as bridges, which could take weeks. The calculation performed using the proposed method, which combined experimental and pre-experimental information about one of the strength characteristics of steel, temporary tear resistance, showed the high efficiency and potential for further application in future surveys.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.