авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Методика оценки технического состояния сварных несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ОВЧИННИКОВ НИКОЛАЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

СВАРНЫХ НЕСУЩИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ КРАНОВ

Специальность 05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург – 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет" (СПбГАСУ).

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

ГОРДИЕНКО ВАЛЕРИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский

государственный архитектурно-строительный университет" (СПбГАСУ)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

ВОЛКОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ,

ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский

государственный архитектурно-строительный университет" (СПбГАСУ)

кандидат технических наук, доцент

БОРТЯКОВ ДАНИЛ ЕВГЕНЬЕВИЧ

ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский

государственный политехнический

университет" (СПбГПУ)

Ведущая организация: ФГОУ ВПО "Петербургский государствен-

ный университет путей сообщения"

(ПГУПС)

Защита состоится 02 декабря 2010 г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.223.02 при ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет" (СПбГАСУ) по адресу:

190103, Санкт-Петербург, ул. Курляндская, д. 2/5, ауд. 340-К.

Факс (812) 316–58–72.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет" (СПбГАСУ).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу:

190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4, ГОУ ВПО СПбГАСУ.

Автореферат разослан 2 ноября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.223.02

доктор технических наук, профессор РЕПИН С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы и направленность исследований. Проблема обеспечения надежной и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов с каждым годом становится все более актуальной, так как их старение значительно опережает темпы технического перевооружения. Так, в настоящее время парк грузоподъемных машин, отработавших нормативный срок службы, составляет 80…82 %, что требует обязательного проведения экспертизы промышленной безопасности с целью оценки их технического состояния и выдачи заключения о возможности дальнейшей эксплуатации.

В соответствии с материалами РД 10-112-1-97 "Методические указания по обследованию грузоподъемных машин с истекшим сроком службы. Часть I" и требованиями профильных РД 10-112-2, 3, 4, 5-97 все типы грузоподъемных кранов подвергаются обязательному контролю несущих металлоконструкций.

Техническое состояние грузоподъемных кранов характеризуется техническим состоянием несущих металлоконструкций (МК), составляющих до 80 % от общей массы крана, и определяется их фактическим напряженно-деформированным состоянием (НДС) с учетом конструктивных и технологических концентраторов напряжений, структурной неоднородности сварных соединений и остаточных напряжений, усталостных дефектов и коррозионных повреждений, зон пластической деформации, а также структурных изменений металла вследствие старения, деформационного и термического воздействий.



Существующие методики оценки технического состояния опасных производственных объектов, подконтрольных Ростехнадзору, к которым относятся грузоподъемные краны, включают в себя проведение поверочного расчета, на основании которого принимается решение о дальнейшей эксплуатации обследуемой конструкции без ограничений, необходимости ограничения эксплуатации конструкции до проведения усиления или немедленного прекращения эксплуатации для ликвидации аварийной ситуации.

Однако поверочный расчет не дает объективной картины о техническом состоянии эксплуатируемых МК, что связано как с упрощением расчетной схемы конструкции, так и с вышеперечисленными факторами, которые не представляется возможным учесть в поверочном расчете. Кроме того, в поверочном расчете не учитываются фактические величины напряжений, которые действуют в опасных локальных зонах концентрации напряжений (КН), в которых процессы усталости и коррозии протекают наиболее интенсивно. Выявить такие зоны КН с применением существующих методик оценки технического состояния не представляется возможным, что не позволяет учесть их влияние (величины действующих напряжений, эффективные коэффициенты концентрации и пр.) при оценке напряженно-деформированного состояния металла.

Одним из решений этой задачи является разработка методики оценки технического состояния несущих МК, которая бы учитывала структурное состояние, химический состав металла и фактические величины действующих напряжений, определенные в выявленных опасных зонах КН на основании взаимосвязи между механическими, структурными и магнитными параметрами. Повышение достоверности результатов оценки НДС МК грузоподъемных кранов достигается путем комплексного применения различных методов и пассивного феррозондового метода неразрушающего контроля, который позволяет провести как выборочное (на основании рекомендаций), так и сплошное (при отсутствии статистики о повреждениях, например, для новых типов кранов) диагностирование металлоконструкций без предварительной подготовки поверхности контроля.

Пассивный феррозондовый метод реализует магнитомеханическое явление в ферромагнитных материалах (магнитоупругий эффект и магнитомеханический гистерезис при упругой и пластической деформации соответственно), основан на регистрации напряженности магнитных полей рассеяния на поверхности элементов конструкций, возникающих в зонах дефектов, структурной неоднородности материала и концентрации напряжений и позволяет проводить контроль по способу остаточной намагниченности без приложения внешнего магнитного поля (в условиях естественного намагничивания в слабом магнитном поле Земли), являясь с этой точки зрения достаточно привлекательным.

Проведенный анализ показал, что систематические исследования по разработке и совершенствованию методов и методик контроля технического состояния сварных несущих металлоконструкций эксплуатируемых грузоподъемных кранов по величине и изменению остаточной намагниченности металла (область Рэлея) с учетом упруго-пластической работы элементов конструкций практически отсутствуют.

В связи с вышесказанным исследования, посвященные обеспечению надежной и безопасной эксплуатации сварных несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов путем оценки их фактического напряженно-деформированного состояния на основе развития и разработки методов и методик контроля и диагностики представляются весьма актуальными.

Объект исследования – методы оценки напряженно-деформированного состояния металла.

Предмет исследования – элементы сварных несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов.

Цель диссертационной работы – разработка методики оценки технического состояния сварных несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов на основе установления взаимосвязи между механическими, структурными и магнитными параметрами конструкционных сталей в условиях циклического упруго-пластического деформирования в слабом магнитном поле Земли (область Рэлея).

Задачи исследований. Для достижения указанной цели в диссертационной работе обоснованы и поставлены следующие научно-технические задачи:

1. Теоретически и экспериментально исследовать возможность оценки технического состояния сварных несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов по остаточной намагниченности металла с учетом неизвестной механической и магнитной предыстории, толщины немагнитного защитного покрытия, химического состава и структуры конструкционных сталей.

2. Экспериментально исследовать взаимосвязь прочностных и магнитных параметров конструкционных сталей в процессе получения диаграммы растяжения в координатах нагрузка–деформация, оценить влияние деформационного и термического воздействий на изменение структуры металла сварных конструкций грузоподъемных кранов, разработать режимы получения структур с заданным размером зерен, характерных для структурной неоднородности сварных соединений и поставляемого проката, и способы поэтапного пассивного феррозондового контроля структурных изменений.

3. Провести экспериментальные исследования по выявлению взаимосвязи между действующими напряжениями, структурой металла и напряженностью магнитного поля рассеяния при циклическом упруго-пластическом деформировании конструкционных сталей, и на этой основе разработать способы определения действующих напряжений в элементах металлоконструкций при их ступенчатом нагружении (разгружении) по остаточной намагниченности металла.

4. Разработать и апробировать методику оценки технического состояния сварных несущих металлоконструкций эксплуатируемых грузоподъемных кранов с применением пассивного феррозондового и других разрушающих и неразрушающих методов контроля.

Методы исследования. Задачи диссертационных исследований решены на основе применения апробированных и корректных разрушающих и неразрушающих методов контроля: механических испытаний, металлографического анализа, термической обработки сталей, пассивного феррозондового контроля. При оценке работы реальных конструкций использовались экспериментальные данные, полученные на лабораторных образцах из конструкционных сталей 08пс и 09Г2С.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что:

1. Установлена взаимосвязь между действующими напряжениями и напряженностью магнитного поля рассеяния в конструкционных сталях в процессе получения диаграммы растяжения в координатах нагрузка–деформация, что является основанием для рекомендации к применению пассивного феррозондового метода для оценки уровня действующих напряжений в элементах несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов. Выявлено влияние механической и магнитной предыстории металла и толщины немагнитного защитного покрытия на величину остаточной намагниченности металла в слабом магнитном поле Земли (область Рэлея), что повышает достоверность результатов измерений.

2. Разработаны режимы получения структур с заданным размером зерен, характерных для элементов металлоконструкций и структурной неоднородности сварных соединений, и способы поэтапного неразрушающего контроля структурных изменений в конструкционных сталях пассивным феррозондовым методом, обладающим высокой структурной чувствительностью.

3. Установлена взаимосвязь между действующими напряжениями, структурой и напряженностью магнитного поля рассеяния в малоуглеродистых и низколегированных сталях при циклическом упруго-пластическом деформировании и разработан способ определения напряжений в металле при ступенчатом нагружении (разгружении) конструкции по характеру и величине приращения магнитного параметра , что позволяет оценить величину действующих напряжений в элементах металлоконструкций грузоподъемных кранов.

4. Разработана методика оценки технического состояния сварных несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов на основе применения пассивного феррозондового и других методов контроля, предусматривающая учет структурного состояния, химического состава, механической и магнитной предыстории металла и толщины немагнитного защитного покрытия.

Степень обоснованности научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечивается: выбором наиболее распространенных марок сталей различных классов прочности; применением оборудования, приборов и инструментов, прошедших метрологические поверку и калибровку; использованием апробированных методов, методик и способов контроля; достоверностью и представительностью исходных и экспериментальных данных, использованием основных положений классической теории ферромагнетизма.





Положения, выносимые на защиту:

1. Взаимосвязь между действующими напряжениями и напряженностью магнитного поля рассеяния в конструкционных сталях при получении диаграммы растяжения в координатах нагрузка–деформация, а также результаты экспериментальных исследований по оценке влияния механической и магнитной предыстории, толщины немагнитного защитного покрытия на величину остаточной намагниченности металла.

2. Режимы получения структур с заданной степенью дисперсности в конструкционных сталях, характерных для элементов несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов и других конструкций, и способов поэтапного магнитного контроля структурных изменений, необходимых для повышения достоверности результатов исследований при оценке технического состояния металлоконструкций.

3. Взаимосвязь действующих напряжений, структуры и напряженности магнитного поля рассеяния, установленная в результате экспериментальных исследований при циклическом упруго-пластическом деформировании малоуглеродистых и низколегированных сталей, а также способы определения действующих напряжений в элементах металлических конструкций по характеру и величине приращения напряженности магнитного поля рассеяния при их ступенчатом нагружении (разгружении), используемых при оценке напряженно-деформированного состояния металла.

4. Методика оценки технического состояния сварных несущих металлоконструкций эксплуатируемых грузоподъемных кранов на основе комплексного применения пассивного феррозондового и других методов контроля, включающая выявление зон концентрации напряжений, оценку степени их опасности и определение в наиболее опасных из них действующих напряжений, используемых в поверочных расчетах.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке и апробации:

1. Режимов получения структур с заданным размером зерен, характерных для сварных соединений, обладающих структурной неоднородностью, и элементов металлоконструкций грузоподъемных кранов, и способов поэтапного контроля структурных изменений по остаточной намагниченности металла.

2. Способов определения действующих напряжений в элементах металлических конструкций по характеру и величине приращения напряженности магнитного поля рассеяния при их ступенчатом нагружении (разгружении), используемых при оценке напряженно-деформированного состояния металлоконструкций (патент РФ на изобретение).

3. Методики оценки технического состояния сварных несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов, включающей в себя применение пассивного феррозондового метода, позволяющего выявлять и проводить оценку степени опасности зон концентрации напряжений, и в наиболее опасных из них определять величины действующих напряжений, используемых в поверочных расчетах, что способствует повышению степени достоверности результатов оценки технического состояния металлоконструкций грузоподъемных кранов и обеспечению их надежной и безопасной эксплуатации.

4. Научных положений, выводов и рекомендаций, приведенных в диссертационной работе, в промышленных условиях при техническом диагностировании подкрановых путей и подкрановых балок (ЗАО "Локомотив" ДО ОАО "Кировский завод" (С.-Петербург)) и в учебном процессе СПбГАСУ.

Апробация работы. Основные научные положения, выводы и рекомендации по материалам диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях: на 58–63-ой международных научно-технических конференциях молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов (СПб, 2005–2010), на 62–67-ой научных конференциях профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов СПбГАСУ (СПб, 2005–2010).

Публикации. Основные положения диссертационного исследования отражены в 22 публикациях, в состав которых входят 1 патент РФ на изобретение; в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, опубликовано 8 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов и списка литературы, включающего 145 наименований. Диссертация изложена на 154 страницах основного текста, содержит 54 рисунка, 11 таблиц и приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации и сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена анализу современного состояния вопроса оценки фактического напряженно-деформированного состояния сварных несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов с применением различных методов и методик контроля и диагностики.

Решению проблем обеспечения и повышения долговечности, надежности и безопасности эксплуатации сварных металлоконструкций посвятили свои исследования такие видные ученые, как Акулов Н.С., Безлюдько Г.Я., Вершинский А.В., Волков С.А., Вонсовский С.В., Горицкий В.М., Горкунов Э.С., Горлин А.М., Гофман Ю.М., Гохберг М.М., Дубов А.А., Живейнов Н.Н., Карасев Г.Н., Качурин В.К., Киренский Л.В., Клюев В.В., Котельников В.С., Кулеев В.Г., Куркин С.А., Ланг А.Г., Левин Е.А., Лившиц В.Л., Липатов А.С., Майзель В.С., Михеев М.И., Мужицкий В.Ф., Невзоров Л.А., Николаев Г.А., Ничипурук А.П., Панкратов С.А., Попов Б.Е., Ряхин В.А., Семенов В.П., Смородинский И.М., Соколов С.А., Стрелецкий Н.С., Цвей И.Ю., Шишков Н.А., Шур Я.С., Щербинин М.Н. и многие другие.

Проведенный анализ показал, что сварные несущие металлоконструкции грузоподъемных кранов, несмотря на значительные конструктивные и иные отличия (внешний вид, принцип действия, область применения), имеют между собой много общего:

  • представляют собой сложные сварные конструкции из трубного, пустотелого прямоугольного или уголкового проката;
  • изготавливаются преимущественно из малоуглеродистых и низколегированных сталей;
  • используют в качестве основных стыковые и угловые сварные соединения;
  • имеют ряд тяжелонагруженных узлов, в которых при определенных условиях (динамические нагрузки и пр.) могут возникать опасные локальные зоны КН с прохождением местной пластической деформации.

Однако до сих пор оценка напряженно-деформированного состояния металлических конструкций и сооружений представляет значительные трудности. Труднодоступные места, замкнутые контуры, сварные соединения и узлы металлоконструкций, зоны концентрации напряжений могут быть просто недоступны для обследования без специальных приспособлений. Если же такие опасные зоны КН не выявлены, то снижается ценность проводимых поверочных расчетов с целью выявления ресурса и продления срока службы эксплуатируемых сварных МК. Эти трудности усугубляются при техническом диагностировании кранов с протяженными пространственными решетчатыми конструкциями, присущими различным видам грузоподъемных кранов (рис. 1).

а б



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.