Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Надёжность и усталостная долговечность мостовых конструкцийСодержание книги
Поиск на нашем сайте
7.1. Основные понятия и характеристики надежности Общие сведения. Основные термины и определения надежности регламентируются нормативными документами (ГОСТ 27.002—89). В теории надежности рассматриваются обобщенные объекты, представляющие собой изделия, системы, сооружения и их элементы, установки, устройства, машины, аппаратуру, приборы и их части, агрегаты и отдельные детали. Надежность — свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. Надежность объекта обусловливается его безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью. Безотказность -свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени. Работоспособность — состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции с установленными параметрами. Наработка — продолжительность или объем работы объекта, измеряемый в единицах времени, циклах, километрах или в других единицах. Долговечность — свойство объекта сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов. Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов. Под устранением отказов подразумевается восстановление работоспособности. Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособности. Отказом считается не только повреждение или разрушение конструкции или ее элементов, но и недопустимые отклонения параметров от расчетных или заданных значений, например, недопустимый прогиб пролетного строения. По характеру возникновения отказы делят на внезапные, например, хрупкое разрушение или потеря устойчивости элемента, и постепенно нарастающие, когда параметры элемента или конструкции ухудшаются постепенно и достигают значений, при которых дальнейшая нормальная эксплуатация становится невозможной или нецелесообразной. К постепенно нарастающим отказам относятся отказы, связанные с механическим износом, коррозией, накоплением усталостных повреждений и др. По возможности устранения отказы могут быть устранимыми, которые можно ликвидировать путем ремонта, и неустранимыми, если их ликви-254 дация путем ремонта становится невозможной или невыгодной. Различают полный отказ, когда, например, по мосту не возможен пропуск подвижной нагрузки, или частичный отказ, при котором возможен пропуск нагрузок с определенными ограничениями, например, по весу или по скорости движения. Надежность характеризуется рядом показателей. Важнейшим показателем надежности является вероятность безотказной работы — вероятность того, что в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки не возникнет отказа. Учитывают также интенсивность отказов, т. е. условную вероятность возникновения отказа для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого отказа не было. Для ремонтопригодных объектов пользуются также показателем наработка на отказ — это среднее значение наработки между отказами. Основными показателями долговечности являются ресурс и срок службы. Ресурс — наработка объекта до предельного состояния. Различают средний ресурс, т. е. среднюю наработку до предельного состояния и у-ресурс — ресурс, который имеет и превышает обусловленное число (у) процентов изделий данного типа. Таким образом, ресурс характеризует долговечность при выбранном уровне вероятности безотказной работы. Назначенный ресурс — наработка, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его состояния. Для мостов основным показателем долговечности является срок службы — календарная продолжительность эксплуатации до возникновения предельного состояния. Различают срок службы до первого капитального ремонта (усиления), срок службы между капитальными ремонтами и срок службы до списания (замены). Мост представляет собой механическую систему совместно действующих элементов. Эта система является ремонтопригодной. Произведя ремонт или усиление отдельных элементов, можно увеличивать срок службы моста. Однако, с увеличением срока эксплуатации стоимость ремонта и содержания также возрастают. Поэтому при определении оптимального срока службы мостов наряду с оценкой надежности должны выполняться тщательные экономические расчеты. „/Мосты — весьма ответственные сооружения, и вероятность безотказности их работы должна быть очень высокой. Отказы, возникающие в отдельных элементах моста, различны по своим последствиям. Поэтому вероятность безотказной работы для отдельных элементов моста должна задаваться в зависимости от последствий появления рассматриваемого отказа и возможности его обнаружения. Если, например, под отказом подразумевается хрупкое разрушение, способное привести к обрушению пролетного строения, то вероятность безотказной работы должна быть очень близкой к единице. А если в качестве отказа рассматривается расстройство заклепок, то ее значение Можно существенно снизить.
Рис. 7.7. Диаграмма изменения а и кривая плотности ний. У кромок этих отверстий в зонах максимальной концентрации напряжений, как правило, зарождаются усталостные трещины. Сопротивляемость элементов с заклепочными и болтовыми соединениями усталостным разрушениям в основном характеризуется выносливостью металла в зонах концентрации напряжений около отверстий и. зависит от аа. На рис. 7.7 показана диаграмма изменения ад при работе соединения во второй и третьей стадиях. Поверхность ABDC характеризует изменение а во второй стадии, a DTKC - в третьей. Штрихпунктир-ными линиями обозначены границы изменения aff при нагружениях соединения на разных уровнях (рнс и анп) в процессе износа соединения (Д). На рисунке показана также кривая плотности распределения вероятностей a. Границы изменения aQ в связи с изменением ан на разных уровнях"износа соединения обозначены тонкими линиями. В про-цга-е работы соединения во второй (как и в первой) стадии aQ непрерывно изменяется как вследствие износа соединения, так и в зависимости от степени его напряженности, причем ад линейно зависит от износа и номинальных напряжений. И только в третьей стадии работы его значение для данного соединения остается постоянным. Учет изменения сопротивляемости усталости элемента в рассматриваемой методике расчета производят путем согласования условий работы соединения (по имеющейся в данный момент величине концентрации напряжений) с соответствующей им основной кривой усталости. По мере роста а непрерывно изменяются характеристики основной кривой
Меру повреждения от одного эталонного поезда в зависимости от характера нагружения, функции распределения f{o), конструкции и типа элемента определяют по формулам (7.5), (7.10), (7.11), (7.24), (7.25). Характеристики режима нагружения можно получить на основании "прокатки" схемы эталонного поезда по соответствующей линии влияния на ЭВМ. При этом для получения достоверных статистических характеристик режимов нагружения по каждой линии влияния необходимо "прокатить" схему поезда не менее 40-50 раз со случайным изменением загруженности вагонов и динамических добавок. В Руководстве по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов 1987 г. меру повреждения от эталонного расчетного поезда в элементах с заклепочными и болтовыми соединениями рекомендуется приближенно определять по формуле са элементов главных ферм клепаных пролетных строений по про-Е^ценному по мосту суммарному грузу (тоннажу). Исходной информа-"^мй для определения пропущенного тоннажа за рассматриваемый пе-иоя является грузонапряженность участка на известный год. Эти данные имеются в службе пути дороги. Тоннаж определяют с помощью графиков для' трех уровней грузонапряженности, которые приведены в Руководстве 1987 г. Вероятность появления трещин в различных элементах главных ферм в зависимости от норм проектирования, схемы фермы, длины панели, положения элемента (раскоса) в системе связана с пропущенным тоннажем. Эти данные'представлены в табличной форме. Принято, что вероятность появления усталостных трещин линейно зависит от пропущенного тоннажа. Используя эти данные, можно определить вероятность появления усталостной трещины в элементе главной фермы, если известна грузонапряженность участка, например на 1990 г., Остаточный ресурс при Рис. 7.9. Схемы нагрузок от эталонного поезда и осциллограмма изгибающего момента в балке: а — схема нагрузки от секции локомотива, кН; б — схема нагрузки от полувагона, кН; в — осциллограмма изменения изгибающего момента в сечении, расположенном в четверти пролета балки- / =44м Р ке эталонного поезда по простой балке изгибающий момент в любом сечении имеет один огибающий цикл с наложением на него мелких циклов второй частоты (рис. 7.9, в), т. е. балка испытывает двухчасготное нагружение. При таком характере нагружения усиливается накопление усталостных повреждений по сравнению с одночастотным (огибающим). Кроме того, при прокатке поезда по балке в ней возникает циклическая перерезывающая сила, влияние которой также необходимо учитывать при определении меры повреждений. Особенности режимов нагружения балок рассмотрены в п. 7.4. В рассматриваемой методике на основании проведенных исследований принято, что при пропуске эталонного поезда в любом сечении простой балки возникает один основной (огибающий) цикл изменения изгибающего момента (напряжения), который вызывает накопление повреждений, эквивалентное суммарным повреждениям от всех воздействий, связанных с пропуском этого поезда. Это достигается путем введения в формулу (7.23) коэффициентов, учитывающих влияние различных факторов. Таким образом получена формула для определения ресурса в эталонных поезлах: (7.30)
щ - коэффициент, учитывающий перекрытие частей сечения: при непосредственном перекрытии менее 40%- т = 1; 40-60%- т^ = 0,95; 60-80%- «3 = = 0,85; более 80 % - т^ = 0,8. По формулам (7.38) и (7.39) можно определить aQ при нагруже-нии прикрепляемых элементов растягивающими усилиями. При действии на прикрепляемый элемент сжимающих усилий характер передачи. их в заклепочном соединении существенно изменится. При этом усилие, передаваемое через стержень заклепки на стенку отверстия, практически не вызывает напряжений в зоне максимальной их концентрации около этого отверстия. Поэтому для отверстий в прикреплениях сжатых элементов величину а принимают равной а'а. Такое же значение коэффициента концентрации напряжений берут при проверке сечений элементов по соединительным заклепкам независимо от знака усилия. Концентрация напряжений при работе соединений в первой и второй стадиях. При работе соединений в первой и второй стадиях напряженное состояние в зонах около отверстий значительно зависит от предварительного напряжения болтов и заклепок. При этом часть силового потока в элементе, ослабленном отверстием, перетекает через головку заклепки, болта или гайки и шайбы, что приводит к более плавной передаче силового потока в зоне отверстия и уменьшению среднего напряжения в этом сечении. В связи с влиянием большого количества трудно учитываемых факторов на напряженное состояние около отверстия при работе соединения в первой и второй стадиях удобно использовать метод экспериментально-теоретического решения при раздельном рассмотрении напряженного состояния от действия каждого фактора. Рассмотренная выше методика определения концентрации напряжений около отверстий от действия силы, передаваемой непосредственно на стенку отверстия, и силового потока, проходящего через сечение элемента с отверстием, применима и в случаях работы соединения в первой и второй стадиях. При определении концентрации напряжений от силы, приложенной к контуру отверстия во второй стадии работы, следует учитывать меньшую эксцентричность ее приложения по толщине элемента, чем в третьей стадии. В этом случае эксцентричность приложения усилия растет по мере износа соединения. В расчетах это изменение учитывают коэффициентом условий работы т, значение которого в начале работы во второй стадии принимают равным единице, а в конце ее — как для третьей стадии с учетом типа соединения. Промежуточные значения т получают линейной интерполяцией крайних значений, т. е. соответствующих началу и концу работы во второй стадии. Влияние головок заклепок и болтов, а также гаек и шайб на концентрацию напряжений около отверстий исследовалось методами фотоупругости. Эти исследования показали существенное влияние подкрепления отверстий головками болтов и заклепок на напряженное состояние в окрестностях отверстия. Так, максимальная концентрация напряжений на кромке отверстия в результате подкрепления головкой заклепки снижается в зоне ее контакта с поверхностью соединяемого элемента на 40 %, а по плоскости контакта соединяемых элементов — на 20 % по сравнению с неподкрепленным отверстием. Еще большее влияние оказывает подкрепление отверстия головкой болта и шайбой. Их включение в работу приводит к снижению концентрации напряжений в зоне контакта шайбы с поверхностью соединяемого элемента на 45 %, а в плоскости контакта соединяемых элементов — примерно на 40 %. Выявленное на моделях влияние подкрепления отверстия головками заклепок и болтов на напряженное состояние в окрестностях отверстия является максимальным, поскольку оно получено на образцах с обеспечением наиболее полного включения в работу головок заклепок и болтов. В реальных соединениях в зависимости от соотношения сил трения на контакте головки заклепки (шайбы) и элемента и напряжений в элементе это влияние будет изменяться от максимума до нуля. Это необходимо учитывать при оценке напряженного состояния в реальных соединениях в процессе их работы под переменными нагрузками. Напряжения ад в окрестностях отверстия, вызванные усилием предварительного натяжения заклепки (болта), имеют отрицательный знак и поэтому оказывают положительное влияние на выносливость прикрепляемого элемента. Эти напряжения уменьшаются по мере удаления от поверхности соединения к его середине. Поэтому их роль также снижается при приближении к серединной плоскости. Эффект подкрепляющего действия головки заклепки (болта) также снижается в этих зонах. Таким образом, в соединениях, работающих в первой и второй стадиях, концентрация напряжений около отверстий при работе элемента на растяжение достигает максимума в зонах контактов соединяемых элементов, наиболее удаленных от поверхности пакета. Этому при работе во второй стадии в значительной степени способствует эксцентричная передача усилия непосредственно заклепкой (болтом). Поэтому зарождение усталостных трещин обычно наблюдается в этих зонах. Определение коэффициента концентрации напряжений с учетом его изменения в процессе эксплуатации. В рассматриваемой методике оценки усталостной долговечности элементов пролетных строений с заклепочными и болтовыми соединениями характеристики сопротивления усталости и их изменения в процессе эксплуатации оцениваются через коэффициент концентрации напряжений для заклепочного (болтового) отверстия а, являющегося в этих элементах, как правило, основным концентратором напряжений, в зоне которого зарождаются усталостные трещины. В связи с этим при оценке накопления усталостных повреждений необходимо следить за изменением aff в зависимости от износа соединения и усилия, действующего на прикрепляемый элемент. Изменение ад, как показали исследования, практически линейно зависит от износа соединения и осевых напряжений в прикрепляемом элементе.
Под коэффициентом линейного износа к подразумевается величина уменьшения толщины пакета вследствие износа по одному контакту при единичном нормальном давлении и суммарном взаимном смещении поверхностей контакта. За единичное нормальное давление принимается 1 Н/м2, а единичное суммарное смещение - \ м. Эта характеристика зависит от многих факторов и мало изучена. При испытаниях в лабораторных условиях образцов из малоуглеродистой стали среднее значение к колебалось в пределах 284 • 10~'7 - 416" Ю-17 м2/Н. Усилие начального предварительного натяжения заклепки в соединениях зависит главным образом от толщины склепываемого пакета 2а и диаметра заклепки d. Начальные напряжения в заклепке увеличиваются с ростом отношения a/d и колеблются в пределах от 50 МПа до предела упругости металла заклепки. При расчетах величину начальных напряжений в заклепке принимают равной 50 МПа независимо от конструкции соединения и технологии постановки заклепок, что идет в запас. Построив диаграмму изменения aQ для рассматриваемого прикрепления, легко определить aQ no S' и а в любой период работы конструкции, используя линейную интерполяцию по S' и а} (во второй стадии работы прикрепления). При этом ' а вычисляют обычными методами расчета при действии нагрузок рассматриваемого блока. Основные положения и методика расчета S^ приведены в работе В. О. Остова "Долговечность металлических пролетных строений экс-288 Рис. 7.13, Осциллограмма напряжений в элементе пролетного строения моста с делением на разряды плуатируемых железнодорожных мостов" (М.: Транспорт, 1982). Не 1 останавливаясь на детальном разборе этой методики, рассмотрим лишь некоторые практические приемы оценки S'. Будем считать, что в начале координат диаграммы изменения а (см. рис. 7.7) износ соединения равен нулю. При воздействии каждого блока нагрузки происходит износ соединения, характеризуемый S'. Откладывая значения S'tG по оси S в последовательности, соответствующей действию блоков нагрузки, получим координаты износа SL соответствующие пропуску рассматриваемой нагрузки. Чтобы получить S', необходимо просуммировать все взаимные упругие сдвиги соединяемых элементов, возникающие в результате действия переменных усилий. Для решения этой задачи необходимо иметь информацию о всей совокупности изменений напряжений в элементе по нх-величнне и уровню напряженности и зависимость упругих сдвигов в соединении от напряжений в элементе. Рассмотрим осциллограмму изменения напряжений в элементе пролетного строения моста (рис. 7.13). Разделив весь диапазон изменения напряжений, включая и напряжения от собственного веса а, на равные участки (разряды), можно определить, сколько раз линия осциллограммы проходит каждый разряд. Число пересечений данного разряда соответствует числу изменений напряжений, равных разряду, на уровне рассматриваемого разряда. Таким образом получим информацию о всей совокупности изменения напряжений а по их величине и уровню напря-I женности при проходе поезда, необходимую для определения 5f' от его I воздействия. Эти изменения носят случайный характер. Произведя статистическую обработку достаточно большого числа осциллограмм, записанных в течение определенного времени, можно установить закономер ность изменения напряжений, т, е. получить функцию плотности распределения вероятности напряжений /(с). Для получения необходимой информации диапазон изменения а делят не менее чем на 15 разрядов, чтобы учесть сравнительно небольшие, но часто повторяющиеся изменения напряжений. Обработку статистических данных производят от- Ю Зек. 1188 289
|
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-08-01; просмотров: 839; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.226.17.251 (0.011 с.) |