Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 12
1.1. Характеристика вакуумных систем как объекта исследований 12
1.2. Анализ существующих средств автоматизации проектирования 15
1.2.1. Проектирование как автоматизированный процесс 16
1.2.2. Роль информационного обеспечения 19
1.2.3. Повышение эффективности проектных решений при автоматизированном проектировании 22
1.3. Выводы 29
2. Теоретические методы автоматизированного проектирования вакуумных схем 30
2.1. Метод перебора законченных структур 32
2.1.1. Критерии выбора 33
2.1.2. Методы частичного перебора 37
2.1.3. Метод анализа иерархий 38
2.1.4. Синтез структурной вакуумной схемы методом анализа иерархий 41
2.2. Метод обогащения исходной структуры 52
2.3. Метод усечения максимального набора элементов 52
2.3.1. Средства описания обобщнных структур 53
2.3.2. Реализации метода усечения 55
2.3.3. Синтез структурной вакуумной схемы методом усечения 57
2.4. Информационная система вакуумного оборудования и материалов 68
2.5. Автоматизация проверочного расчта вакуумных систем 73
2.6. Автоматизированная компоновка вакуумных систем 77
2.7. Использование трхмерного графического отображения элементов схемы 79
2.8. Выводы 85
3. Исследование баз данных промышленной эксплуатации на предприятиях 86
3.1. Информационно-управляющая система Киришского НПЗ 86
3.2. Использование БД в задачах контроля технического состояния вакуумного оборудования 91
3.3. Прогнозирование остаточного ресурса вакуумного оборудования на основе БД промышленной эксплуатации 94
3.4. Проблемы разрозненности и разнородности данных на промышленных предприятиях 100
3.5. Объектно-реляционная модель интеграции баз данных промышленной эксплуатации 104
3.6. Выводы 113
4. Анализ интегрированной базы данных эксплуатационных дефектов 115
4.1. Выявление типовых дефектов в интегрированной БД 115
4.2. Уточнение существующих методик проектировочных и проверочных расчетов 123
4.3. Практические рекомендации промышленным предприятиям по контролю технического состояния объектов эксплуатации 129
4.4. Выводы 136
5. Внедрение результатов исследований на предприятии 138
5.1. Информационная система комплексного обследования промышленных объектов 138
5.2. Выводы 145
Заключение 147
Список использованных источников
- Проектирование как автоматизированный процесс
- Повышение эффективности проектных решений при автоматизированном проектировании
- Синтез структурной вакуумной схемы методом анализа иерархий
- Прогнозирование остаточного ресурса вакуумного оборудования на основе БД промышленной эксплуатации
Введение к работе
Актуальность темы. Появление новых и развитие традиционных высоких технологий повышает требования, предъявляемые к работе вакуумного оборудования и его качеству. В связи с этим сложность его существенно возрастает, в то же время требуемые сроки проектирования непрерывно уменьшаются. Эти противоречивые факторы приводят к необходимости разработки и применения систем автоматизации на максимально большем количестве этапов проектирования вакуумных систем (ВС). Современное состояние вакуумной техники, являющейся одной из наукоемких областей, характеризуется широким диапазоном применяемых технологий вакуумных процессов и большим разнообразием видов и конструкций технологического оборудования.
Структурный синтез является одним из начальных этапов проектирования ВС, на котором закладывается эффективность принимаемых проектных решений. Этот этап является наиболее сложным с точки зрения возможной формализации процесса проектирования и, как следствие, наименее автоматизированным. Решение задач синтеза структуры весьма трудоёмко, что делает проблему автоматизации этого этапа проектирования наиболее актуальной.
Каждый из используемых методов синтеза структуры ВС имеет определённые преимущества и недостатки, однако ни один из них не учитывает опыт эксплуатации на предприятиях технологического оборудования. Располагаемые сведения о количестве и характере эксплуатационных дефектов представляют собой разрозненную и разнородную информацию, поскольку на разных предприятиях используются различные средства автоматизации и форматы данных. Зачастую подобная информация никак не структурирована и хранится в виде отдельных документов.
В этой ситуации внедрение единой базы данных (БД) эксплуатационных дефектов вакуумных установок (ВУ), интегрирующей разрозненные статистические данные, в современную практику автоматизированного проектирования представляется актуальным и позволит специалистам гибко вносить изменения в имеющиеся типовые методики расчета, а также давать научно-обоснованные рекомендации инженерно-экспертным организациям по дополнительному контролю характеристик эксплуатации в целях выявления и устранения причин возникновения дефектов.
Решению различных теоретических и практических проблем по избранной тематике посвятили свои работы Евстигнеев В. А., Кеменов В.Н., Кини Р.Л., Львов Б.Г., Норенков И.П., Оре О., Петров А.В., Подиновский В. В., Половинкин А.И., Райфа Х., Дж. Рой, Розанов Л.Н., Саати Т., Фролов Е.С., Д.Т. Чанг.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности структурного синтеза ВС и автоматизированного контроля эксплуатационных дефектов на основе создания, анализа и использования интегрированной БД промышленной эксплуатации.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:
системный анализ методов структурного синтеза ВС и программных средств автоматизации для выявления ключевых проблем и путей их решения;
комплексный анализ БД промышленной эксплуатации на различных предприятиях северо-западного экономического региона РФ, выбор информационной модели их интеграции в единую систему сбора и обработки информации;
построение и практическая реализация информационной модели эксплуатационных характеристик, интеграция промышленных данных из различных источников в единую БД;
анализ интегрированной БД, выявление наиболее слабых элементов конструкции промышленных установок, условий эксплуатации и часто встречающихся дефектов;
корректировка методики проектировочных и проверочных расчётов с целью повышения уровня их достоверности и точности на основе полученных результатов анализа;
выработка практических рекомендаций промышленным предприятиям по учету и контролю технического состояния технологических систем (ТС) в процессе их эксплуатации;
внедрение полученных результатов на предприятии, оценка эффективности принятых решений.
Объектом исследования являются ВС и ВУ, эксплуатируемые на промышленных предприятиях.
Предметом исследования являются методы и автоматизированные средства структурного синтеза ВС с использованием БД масштаба предприятия.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовались методы системного анализа, структурного синтеза, экспертных оценок, математического моделирования, средства автоматизированного проектирования. При анализе полученных результатов использованы методы статистической обработки данных.
Научную новизну диссертационной работы составляют методы обработки, интеграции и анализа разнородных данных из разрозненных БД эксплуатационных характеристик ВС, которые позволили выявить ключевые проблемы эксплуатации ВС, на основе этого уточнить методику проверочных расчетов и тем самым повысить эффективность структурного синтеза ВС и их ресурс работоспособности.
Положения, выносимые на защиту:
-
Результаты системного анализа методов структурного синтеза ВС и средств автоматизации.
-
Информационная модель интеграции данных об эксплуатационных характеристиках ВС, полученных из разрозненных производственных предприятий.
-
Результаты комплексного анализа типовых эксплуатационных дефектов, выявленных в разное время на различных промышленных объектах.
-
Уточненные методы проверочных расчетов структурных элементов и конструкций ВС.
-
Методика экспертного контроля технического состояния ВУ и эффективного технического обслуживания их на производстве.
Практическая ценность и реализация основных результатов работы.
-
Проведен анализ сведений более чем 100 промышленных предприятий северо-западного региона РФ и ближнего зарубежья об условиях эксплуатации и выявленных дефектах.
-
Даны практические рекомендации эксплуатирующим промышленным предприятиям по учету и контролю технического состояния и техническому обслуживанию ВС.
-
Даны научно-обоснованные рекомендации экспертным организациям по проверке технического состояния и условий безопасной эксплуатации промышленных объектов.
-
Результаты диссертационных исследований можно распространить на другие отрасли и ТС, работающие в вакуумной, химически агрессивной среде и прочих потенциально опасных условиях.
Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов
подтверждена:
– используемым аппаратом математической статистики и информационными моделями;
– результатами статистического анализа сведений более чем 100 промышленных предприятий северо-запада России и ближнего зарубежья;
– независимыми исследованиями и публикациями других авторов;
– комплектацией запчастей и составом типовых ремкомплектов согласно каталогов продукции ведущих западных производителей ВС;
– практическим опытом и успешным внедрением на инженерно-экспертном предприятии по обследованию промышленных объектов ЗАО «Ратте» (г. Санкт-Петербург).
Апробация работы. Основные результаты научных разработок, выполненных автором по теме диссертации, представлены в материалах международных и российских конференций: «Высокие интеллектуальные технологии образования и науки» (СПбГПУ, 1996 г.), «Вакуумная техника и технология» (СПбГПУ, 2004 г.), «Машиностроение в условиях
инновационного развития экономики» (СПбГПУ, 2009 г.), «Высокие
интеллектуальные технологии и инновации в образовании и науке»
(СПбГПУ, 2009г.), «XXXIX Неделя науки СПбГПУ» (СПбГПУ, 2010 г.),
«XL Неделя науки СПбГПУ» (СПбГПУ, 2011 г.), «XLI Неделя науки
СПбГПУ» (СПбГПУ, 2012 г.), а также прошли апробацию на научных
семинарах кафедр «Информационные машиностроительные технологии»,
«Конструкторско-технологические инновации», «Компьютерные
технологии в машиностроении» и «Автоматы» СПбГПУ (1996 – 2013 гг.).
Публикации. Общее количество публикаций составляет 20 наименований. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, среди которых 4 статьи из списка ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация включает перечень сокращений, введение, 5 глав, заключение, библиографию из 106 наименований и 7 приложений. Основное содержание работы изложено на 177 страницах текста, в т. ч. 21 таблица, 47 рисунков.
Проектирование как автоматизированный процесс
Важной составляющей является информационная совместимость составных частей. Вся последовательность задач, возникающих в процессе проектирования, должна быть информационно согласована. Единожды созданная информационная модель объекта может только пополняться новыми данными, полученными на разных этапах проектирования. Так, данные о материале, из которого производится деталь, выбранном на начальном этапе проектирования, используются для расчта массо-центровочных характеристик, для заполнения спецификации, расчта нормативов времени на производство и т. д. Несомненно, данные, используемые неоднократно при создании разных объектов, должны составлять базу данных системы.
Со свойством совместимости тесно связано свойство открытости и развития. Поскольку создание систем проектирования является длительным и дорогостоящим процессом, первоначально внедряется базовый вариант с минимальным необходимым набором функций, который в дальнейшем наращивается. Кроме того, должна оставаться возможность пополнения готовой системы новыми расчтными методиками и средствами. Также важно для сокращения затрат использовать унифицированные модули, использующие общие принципы моделирования для несхожих технических объектов.
Среди подсистем, входящих в состав систем проектирования, различают проектирующие и обслуживающие [52].
Проектирующие подсистемы выполняют собственно проектные процедуры (трхмерное моделирование объектов, составление конструкторской документации).
Обслуживающие подсистемы являются общесистемными. Они осуществляют поддержку функционирования проектирующих подсистем. К обслуживающим подсистемам относят подсистемы управления проектными данными, подсистему графического ввода-вывода и т. п.
По видам обеспечения можно выделить семь основных групп: - математическое обеспечение, основу которого составляют алгоритмы, математические модели и методы процесса проектирования; - техническое обеспечение, представляющее комплекс технических средств, таких как компьютеры, периферийные устройства, сетевое оборудование и т .п.; - программное обеспечение — совокупность программ; - информационное обеспечение, включающее базы данных, системы управления базами данных, а также другие данные, необходимые при проектировании; - лингвистическое обеспечение, состоящее из языков программирования и обмена данными; - методическое обеспечение — комплекс документов, регламентирующих порядок эксплуатации; - организационное обеспечение, включающее в себя инструкции, положения, приказы и другие документы, регламентирующие работу проектного предприятия. Ядром информационного обеспечения (ИО) являются данные, которые используются непосредственно в процессе проектирования для синтеза проектных решений. Это очень широкий круг данных, начиная со справочной информации о материалах, сортаменте, стандартных изделиях, возможных вариантах проектных решениях и заканчивая готовыми решениями и параметрами проектируемых объектов. При этом действует принцип совместимости. Необходимо, чтобы данные, полученные в результате выполнения одного этапа проектирования, могли бы использоваться для других проектных процедур.
Вся совокупность данных, используемых при проектировании всеми компонентами, составляет базу данных и СУБД. Основная функция ИО — поддержка и организация доступа к данным.
В состав ИО входят: - программные модули, которые мало изменяются в течение процесса проектирования; - исходные и результирующие данные, которые часто меняются в процессе проектирования, их тип постоянен. Возможны конфликтные ситуации в процессе согласования данных различных типов; - нормативно-справочная проектная документация (НСПД), включающая справочные данные о материалах, элементах схем, унифицированных узлах и конструкциях. Эти данные, хорошо структурированы. К НСПД относятся также государственные и отраслевые стандарты, руководящие указания, типовые проектные решения, регламенты; - текущая проектная информация, отражающая состояние и ход выполнения проекта. Эта информация слабо структурирована, часто изменяется в процессе проектирования.
Различают следующие способы ведения ИО: использование файловой системы; построение библиотек; использование банков данных; создание информационных программ [3].
Повышение эффективности проектных решений при автоматизированном проектировании
Одной из разновидностей метода перебора является перебор вариантов по результатам экспертных оценок. Для реализации метода экспертных оценок Т. Саати [84] был предложен метод анализа иерархий (МАИ), позволяющий принимать наилучшие решения в задачах со многими критериями.
Существует много примеров реализации МАИ в различных областях и для проектирования структурных моделей различных технических объектов [4, 5, 61, 75, 77, 97, 98]. МАИ позволяет принимать наилучшие решения в задачах со многими критериями путм взвешивания альтернативных вариантов, удовлетворяющих некоторому набору требований. Требования, параметры и варианты технических решений представляются в виде иерархии [78, 80, 81]. Определение приоритетов параметров нижнего уровня относительно цели сводится к последовательности попарных сравнений. Выбор решения осуществляется также на основе их приоритетов по отношению к иерархии целей и параметров.
Исходными данными для попарного сравнения объектов X1, X2,…Xn, где n – число объектов (параметров или технических решений) являются относительные веса пары объектов, задаваемые в соответствии с табл. 2.2.
Согласно теории матриц, если элементы щ положительной обратносимметричной матрицы, а именно такой является матрица А, незначительно изменить, собственные значения изменятся также незначительно, причем все собственные значения будут равны нулю, за исключением одного, пах, равного п. Близость пах к п можно считать мерой согласованности элементов матрицы А.
Допустим, необходимо выбрать из N кандидатов структурную схему вакуумного агрегата, обладающего высокой экономичностью. Решение задачи начинается с построения иерархической модели процесса синтеза (рис. 2.1). На первом уровне иерархии располагается цель синтез структурной вакуумной схемы. Второй уровень иерархии содержит подцели. В данном случае подцель одна экономичность. Уровень параметров в этой задаче опущен. Последний уровень образуют кандидаты для выбора структурные вакуумные схемы. Кандидаты назначаются различными для разной степени вакуума. Схемы, предлагаемые в качестве кандидатов, составляются проектировщиком заранее. Выбор структурной схемы низковакуумного агрегата может быть выполнен из структурных схем, изображенных на рис. 2.2 и рис. 2.3. В качестве кандидатов выбора вакуумного агрегата, предназначенного для работы в среднем вакууме, предлагаются схемы, изображенные на рис. 2.4 и рис. 2.5; в высоком – на рис. 2.6, рис. 2.7, рис. 2.8, рис. 2.9, рис. 2.10.
Остановимся на выборе структурной схемы высоковакуумного агрегата. Необходимо определить глобальные приоритеты кандидатов. Поскольку подцель в иерархии одна – экономичность – е приоритет Gm=1. Необходимо определить лишь приоритеты кандидатов по отношению к подцели. Результаты попарных сравнений и расчта локальных приоритетов кандидатов представлены в табл. 2.3.
Наибольшим значением приоритета обладает кандидат 4, следовательно, вакуумная схема агрегата на базе пароструйного насоса (рис. 2.10) является лучшей схемой агрегата, обладающего высокой экономичностью.
Рассмотрим теперь случай, когда декомпозиция задачи выбора схемы вакуумного агрегата имеет несколько уровней. Например, к вакуумному агрегату предъявляют сразу несколько требований. Достижение каждого из требований обеспечивается определнным набором параметров. Иерархия процесса выбора структурной вакуумной схемы представлена на рис. 2.11.
На первом уровне иерархии располагается цель – синтез структурной вакуумной схемы. На втором – требования (подцели) – производительность, экономичность и безопасность. Третий уровень иерархии составляют параметры – эффективная быстрота откачки, предельное давление, время безотказной работы, масса, габариты, обратный поток рабочей жидкости. На последнем уровне иерархии находятся кандидаты выбора. Порядок расстановки требований, параметров и кандидатов в иерархии не отражает их действительной важности. В качестве кандидатов будем использовать те же структурные схемы, что и в предыдущей задаче. Экспертам необходимо выполнить попарные сравнения подцелей, отвечая на вопросы такого рода: «Какая из пары подцелей наиболее важна для выбора лучшей структурной схемы агрегата, удовлетворяющего описанным выше требованиям?». Результаты попарных сравнений представлены в табл. 2.4. Последний столбец таблицы содержит локальные приоритеты подцелей.
Синтез структурной вакуумной схемы методом анализа иерархий
Цель периодического ТО оборудования, проводимого ОТН предприятия, состоит в определении технического состояния и условий последующей эксплуатации ТС. Периодичность и методы выполнения экспертизы промышленной безопасности (табл. 3.1) рекомендованы изготовителем ТС, и регламентированы Постановлениями Госгортехнадзора [60, 69, 70, 72]. По результатам проведения экспертизы составляется акт обследования с ведомостью дефектов, в которую заносятся все дефектные элементы ТС и ремонтные мероприятия по их устранению (см. Приложение 5).
Сроки проведения ВО и ГИ устанавливаются ОТН предприятия на основании расчта скорости коррозии во время эксплуатации (табл. 3.2). Для удобства планирования сроков проведения ТО, в соответствии с требованиями [30, 31, 64] вс оборудование предприятия разбито на 5 категорий:
Виды работ Необходимые инструменты, оборудование наружный и внутренний осмотры помимо основного инструмента:– оптические линзы, зеркала, средства подсветки,специальные оптические приборы;– абразивный инструмент;– инструмент для травления поверхностей оценка геометрической формы мерительный инструмент, обеспечивающий погрешность замера не более ±1,0 мм толщинометрия приборы, обеспечивающие погрешность измерений не более ±0,1 мм измерение твердости металла переносные твердомеры, пригодные для проведения замеров на слабоискривленных поверхностях с учетом реальных толщин контролируемого оборудования оценка металлографических структур – приборы для неразрушающего метода «реплик»; – переносной микроскоп контроль методами цветной и магнитопорошковой дефектоскопии – баллон с пенитреном;– баллон с меловой суспензией контроль сварных швов [73] – визуальный контроль;– приборы для неразрушающих методов контроля определение химического состава металла инструменты для сверления отверстий диаметром не более 5 мм (для отбора стружки металла) вырезка контрольной пробы металла лабораторное оборудование, позволяющее определить химический состав металла специальные виды контроля оборудование для проведения тензометрирования, акустико-эмиссионного контроля и т. п.
Более того, даже с учтом заложенного при проектировании запаса прочности (порядка 30 %) и его уменьшения в процессе эксплуатации, увеличение временных отрезков между очередными ремонтами и ТО, и, как следствие, увеличение срока службы оборудования, можно объяснить исключительно применением более точных методов расчта остаточной работоспособности и скорости коррозии с использованием данных о замерах и технологических особенностях конкретного производства.
Актуальной является задача прогнозирования остаточно ресурса ТС. Проведение точного расчета остаточного ресурса увеличивает межремонтные периоды и, следовательно, сокращает эксплуатационные затраты и затраты на ремонт ТС [71]. Это особенно важно на предприятиях, оснащнных оборудованием, работающим под давлением или в агрессивной среде, где скорость коррозии металла значительно выше, чем в других условиях, равно как и ответственность, возложенная на ОТН, т. к. внезапные поломки ТС могут повлечь за собой тяжелые последствия (см. Приложение 1).
Большинство предприятий сталкиваются сегодня серьезной проблемой: по причине нехватки средств на обновление производственных фондов велика степень морального и физического износа оборудования. По данным предприятий (см. диаграмму рис. 3.4) средний "возраст" ТС – более 20 лет, а
Сведения о сроках эксплуатации и количестве эксплуатируемого оборудования около 40% эксплуатируется 25–35 лет. Поэтому использование предельно точных научно обоснованных методов расчета скорости коррозии наиболее уязвимых элементов ТС, различных прочностных расчетов, методик определения ресурса оборудования имеет большое значение.
Инженерные расчты проводятся с учтом требований нормативов, согласно документам [30, 31, 59, 60, 64, 69, 70, 71, 72, 73]. Чтобы рассчитать остаточный ресурс работоспособности ТС (в качестве примера рассмотрено оборудование, работающее под давлением или в агрессивной среде), необходимо установить или рассчитать следующие величины: – скорость коррозии отдельных элементов и ТС в целом; – разрешенное внутреннее давление (проверочный расчет); – отбраковочную толщину; – промежуточные значения напряжений материала (в зависимости от температуры); – фактический запас по пределу прочности; – расчетный год выхода оборудования из строя. По результатам произведнных расчтов заново составляется план ремонтов и освидетельствований.
В качестве исходных данных для подобного расчета принимаются ежегодные величины замеров в разных точках (см. Приложение 2), год начала эксплуатации, паспортные данные о толщине металла, рабочие параметры давления, температуры, технологической среды, а также конструктивные особенности.
Вычисление скорости коррозии производится по каждому элементу конструкции, по меньшей мере, для двух проб толщины металла по формуле: (3.1) где Vкор - скорость коррозии в элементе конструкции, мм/год; AS - разность измерений толщины в начале и конце периода в і-ой точке, мм; п - количество точек замера по каждому элементу конструкции (не менее двух); AT - время, прошедшее между измерениями, в сутках.
На результаты расчета оказывают влияние ряд факторов: размер выборки п и количество измерений (что связано с невозможностью произвести измерения строго в одной точке в разное время), погрешность измерений.
В реальных условиях производства контрольные измерения толщины металла проводятся примерно раз в год, причем не по всем элементам конструкции. Вследствие того, из-за отсутствия полной исходной информации расчет скорости коррозии производится по формуле, вытекающей из (3.1) при AT, кратном 365 суткам:
Прогнозирование остаточного ресурса вакуумного оборудования на основе БД промышленной эксплуатации
На обследованных объектах все металлоконструкции выдержали статические испытания, однако в результате динамического нагружения после снятия нагрузки у некоторых элементов металлоконструкций были обнаружены дефекты. Наиболее характерными из них, на основе анализа базы данных дефектов, являются трещины, остаточная деформация, прогиб, течи рабочей жидкости, ослабление заклепок или болтовых соединений. Аналогичные исследования [48] подтверждают, что результаты замеров при статических и динамических испытаниях могут сильно отличаться друг от друга.
В 35% случаев по результатам обследования был сделан либо капитальный ремонт с заменой отдельных элементов металлоконструкций, либо текущий ремонт местных деформаций с применением сварки.
Вопросы оценки динамических свойств металлоконструкций на стадии проектирования не затрагиваются или затрагиваются минимальным образом. Отсутствие анализа динамических процессов может привести к критическим ситуациям. Расчетный прогноз потенциальной возможности появления таких динамических качеств необходимо осуществлять с использованием критериев эксплуатации и последующей корректировкой расчетных методик. Накопленные в БД эксплуатационных дефектов данные необходимо использовать в системах автоматизированного проектирования при разработке новых моделей ТС и режимов их работы.
При построении расчетной математической модели использована концепция составной динамической многосвязной системы, которая базируется на типовых конструкциях, характеристики функционирования которых известны и хорошо изучены. Такое представление позволяет вскрыть конструктивные особенности и их потенциальные недостатки на ранней стадии и тем самым повысить эффективность процесса проектирования.
На основе сформулированной концепции в традиционные математические модели [11, 44, 57, 58] внесены изменения с целью получения требуемых показателей. Помимо механизмов с жесткими звеньями, добавлен учет упругой составляющей и отклонений перемещения, вызванных податливостью звеньев.
На рис. 4.8 представлен пример расчетных схем для шпренгельных металлических конструкций в виде консольной балки на двух опорах со стойкой и раскосами, которая наиболее часто встречается в современной практике. За основу взят деформационный расчет конструкции, т. к. при прочностном расчете для соблюдения условия равенства прочности элементов невозможно установить закономерность перераспределения нагрузок между элементами внутри статически неопределенной системы.
Перемещения всех точек системы под действием внутренних усилий Х1 и Х2 одинаковы для всех расчетных схем (рис. 4.8) и определяются известными методами [11, 58], но перемещения от внешней нагрузки будут разные. Поперечные силы не учитываются, т. к. для перемещений они не имеют существенного значения.
Выражения для усилий Хх и Х2 берутся исходя из вероятного распределения внешней нагрузки между балкой и раскосами. Если ввести коэффициент КР, показывающий, какую часть внешней нагрузки берет на себя балка (КР 1), то выражения для усилий Хх и Х2 при условии равновесия узлов будут иметь вид:
Решив данную систему, можно получить величины площадей раскосов FPX и FP2, при которых система удовлетворяет требованиям совместной деформации балочной и шпренгельной систем. Затем выполняется проверочный расчет. Если расчетные напряжения в раскосах получились больше допустимых, высота стойки последовательно уменьшается и расчет повторяется. Получив площади раскосов, удовлетворяющие прочностным и деформационным ограничениям, производится их проверка по условию общей устойчивости.
Реализация новой модели и дальнейшее развитие средств автоматизации позволяет оценить эффективность применения усовершенствованных элементов конструкции, в частности систем гашения колебаний и демпфирующих устройств, на ранних стадиях проектирования.
Описанная математическая модель расчета металлоконструкций и методика ее применения позволяют производить более точный расчет различных систем, улучшающих динамические свойства конструкций, и тем самым повысить эффективность принимаемых проектных решений. Кроме того, проведенные исследования позволили сформулировать практические рекомендации эксплуатирующим предприятиям и экспертным организациям по регулярному контролю дополнительных параметров объектов с учетом фактической динамической нагрузки с целью их последующего анализа в базе данных.
Опыт автоматизированного проектирования и промышленной эксплуатации металлоконструкций подтверждает правильность такого подхода. По статистическим данным (рис. 4.7) на промышленных предприятиях северо-западного региона России количество выявленных дефектов в последние годы значительно снизилось.
