Введение к работе
Одним из приоритетных направлений исследований машин и аппаратов, как отмечено в п. 7 паспорта специальности 05.02.13, является разработка и повышение эффективности методов диагностики в целях обеспечения надежной и безопасной эксплуатации и продления ресурса.
Значительная часть машин и агрегатов нефтеперерабатывающих предприятий при эксплуатации подвергаются действию как постоянных, так и переменных механических и тепловых нагрузок, влиянию рабочей среды, а также их комплексному воздействию, что сильно сказывается на надежности их эксплуатации. Для такого оборудования одним из доминирующих факторов повреждаемости металла является накопление усталостных повреждений, которое во многих случаях приводит к его разрушению. Подобные разрушения, являющиеся наиболее опасными, так как реализуются длительное время без макроскопической деформации и высоких скоростей распространения трещин, указывают на недостаточность классических методов оценки степени поврежденности машин и агрегатов. В то же время существующие методы неразрушающего контроля (НК), с помощью которых можно определить степень накопления усталостных повреждений, сложно назвать универсальными, позволяющими осуществить сбор полной информации об объекте.
В настоящее время выводы о техническом состоянии оборудования основываются в конечном итоге по результатам традиционных методов прочностных расчетов, выполненных с учетом коррозионно-эрозионного износа по результатам толщинометрии (ГОСТ 14249, ГОСТ 24755, ГОСТ 25859 и др.). Такие расчеты не всегда корректны, так как в них используются нормативные характеристики металлов, в частности, допускаемая амплитуда напряжений и допускаемое число циклов нагружения, основанные на постоянных значениях коэффициентов запаса прочности по количеству
циклов нагружения и по амплитуде напряжения.
РОС национальная)
БИБЛИОТЕКА ]
4 возможные факторы повреждения и деградации маїериалов конструкций для условий малоцикловой усталости. Кроме того, известно, что в подавляющем числе случаев зарождение усталостных трещин начинается в поверхностных или приповерхностных слоях металла. Поэтому важно знать закономерности пластического поведения этих слоев в условиях циклического деформирования. Все это свидетельствует о необходимости учета реальных изменений, происходящих в металле и на его поверхности для разработки научно-обоснованного подхода к оценке степени поврежденности оборудования нефтепереработки. В связи с этим исследования, направленные на решение данной проблемы, являются акгуалышми.
Разработка метода оценки степени поврежденности машин и агрегатов, эксплуатируемых в области малоциклового нагружения, на основе установления взаимосвязи изменения параметров поверхностной энергии, магнитных свойств и механических характеристик материала при накоплении усталостных повреждений, применительно для оборудования нефтеперерабатывающей промышленности.
-
Разработать метод оценки степени поврежденности оборудования нефтепереработки на основе корректировки модифицированною уравнения Коффина-Мэнсона в ГОСТ 25859 путем получения уточненной формулы для определения амплитуды напряжений с использованием характеристик поверхностной энергии.
-
Разработать, спроектировать и изготовить экспериментальную установку, позволяющую осуществлять усталостные нагружения образцов по схеме чистого симметричного изгиба для установления зависимости параметров поверхностной энергии и механических характеристик or уровня накопления усталостных повреждений материалов машин и агрегатов нефт епереработки.
3. Установить взаимосвязь между параметрами поверхностной энергии, магнитными и механическими характеристиками при накоплении усталостных повреждений материала, используемого в оборудовании нефтеперерабатывающей промышленности.
-
Выявлена взаимосвязь между свободной поверхностной энергией и уровнем накопления усталостных повреждений в области упруго-пластической деформации стали 09Г2С. Установлено повышение свободной поверхностной энергии с увеличением числа циклов нагружения в малоцикловой области. Пределы изменения этого параметра для данного материала составляют (4,5 10"7 * 7,0 I О"7) ± 0,1 10"7 Дж/м2.
-
Скорректировано модифицированное уравнение Коффина-Мэнсона в ГОСТ 25859 путем введения в него поправочных коэффициентов, полученных с использованием параметров поверхностной энергии по результатам измерения угла смачивания поверхности металла.
-
Разработан метод оценки степени поврежденности машин и агрегатов, подверженных малоцикловой усталости.
-
Разработанная и созданная экспериментальная установка для испытаний на усталостный изгиб используется в учебном процессе УГНТУ при проведении лабораторных работ дисциплины «Физическая природа разрушения».
-
Предложенный метод оценки степени поврежденности оборудования нефтеперерабатывающей промышленности с учетом параметров поверхностной энергии применяется в ООО НІЖ «Диаконт».
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: II международной научно-технической конференции "Новоселовские чтения" (Уфа, УГНТУ, 2003 г.), научно-практической конференции «Нефтепереработка и нефтехимия-2003» (Уфа, ГУЛ ИНХП, 2003 г.), II
Всероссийской ИНТЕРНЕТ-конференции «Интеграция науки и высшего образования в области био- и органической химии и механики многофазных систем (Уфа, УГНТУ, 2003 і.), 55-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, УГНТУ, 2004 г.), II Всероссийской учебно-научно-методической конференции «Реализация государственных образовательных стандартов при подготовке инженеров-механиков- проблемы и перспективы» (Уфа, УГНТУ, 2004 г.), III Всероссийской научной ИНТЕРНЕТ-конференции «Интеграция науки и высшего образования в области био- и органической химии и механики многофазных систем» (Уфа, УГНТУ, 2004 г.), IX Международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России» (Уфа, УГНТУ, 2005 г.), 56-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, УГНТУ, 2005 г.), Всероссийской студенческой научно-технической конференции «Интенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология» (Уфа, УГНТУ, 2005 г.).
По материалам диссертации опубликовано тринадцать работ.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ
