Повна версія

Головна arrow Техніка arrow Будівельне матеріалознавство. Т 1

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Деякі питання НАДІЙНОСТІ МАТЕРІАЛУ В КОНСТРУКЦІЯХ

Більш широким і ємним властивістю ІБК і якістю конструкцій з них, ніж довговічність, є надійність. Вона теж висловлює комплексне властивість матеріалу або системи, але містить у своїй характеристиці більшу кількість критеріїв: безвідмовність, збереженість, довговічність і ремонтопридатність.

Безвідмовність - властивість конгломерату (системи) зберігати працездатність протягом певного або можливо більш тривалого часу без вимушених перерв на ремонт, або заміну забракованого в конструкціях вироби і т. Д. Показником цієї властивості служить ймовірність безвідмовної роботи матеріалу, що оцінюється числовий величиною можливості появи випадкової обставини (події) з порушенням безвідмовності роботи. Відмовою називають втрату працездатності матеріалу (системи) внаслідок неприпустимого зміни структури і властивостей під впливом зовнішніх впливів і внутрішніх процесів.

Збереженість - властивість конгломерату (системи) зберігати додані йому в технологічний період якісні характеристики на стадіях зберігання, транспортування і подальшого часу, обумовленого технічною документацією. Це властивість кількісно оцінюється тривалістю зберігання і транспортування до виникнення несправності.

Довговічність - комплексне властивість, кількісно виражається тривалістю ефективного опору складному впливу зовнішніх і внутрішніх факторів в експлуатаційний період роботи матеріалу (див. 4.1) до відповідного критичного рівня.

Ремонтопридатність - властивість матеріалу, що виражається в здатності до відновлення несправності, виявленої внаслідок відмови. Показником ремонтопридатності служить середня тривалість ремонту на один відмову даного виду, а також трудомісткість і вартість усунення випадкових дефектів, які привели до відмови.

З теоретичних позицій за основний вихідний принцип надійності ІБК приймають оптимальну структуру за умови правильно прийнятих компонентів, технологічних параметрів і режимів. Оптимальна структура, створена з урахуванням експлуатаційних умов роботи матеріалу в конструкції, забезпечує формування підвищеного ресурсу як міри ймовірності перебування матеріалу (системи) в безвідмовному стані: чим повніше пройшла оптимізація структури, тим вище ресурс; чим далі реальна структура знаходиться від оптимальної, тим меншим ресурсом володіє ІБК, вище ймовірність і ближче поява відмови.

Одним з числових критеріїв оптимальних структур, як було показано вище, служить величина А в рівнянні (3.15). Якщо А - 1, то структура - оптимальна, параметр А стає індикатором подібності, інтенсивність відмов - найменша і дорівнює Хо, час між двома сусідніми відмовами - найбільше і одно то = 1 / Хо. Якщо А * 1, то структура - неоптимальна і тому інтенсивність відмов X наростає тим в більшій мірі, ніж далі відстоїть реальна структура від оптимальної за відповідними критеріями оптимальності. Час між двома сусідніми відмовами т <то і з ростом інтенсивності відмов швидко зменшується, оскільки т = ЇХ. Таким чином, зі збільшенням або зменшенням індикатора А, в порівнянні з його величиною, що дорівнює одиниці при оптимальній структурі, зменшуються і ресурси. Але разом з тим слід врахувати, що технологічно отримана оптимальна структура надалі зберігає тенденцію до безперервного зміни під впливом сукупності факторів, що складаються при транспортуванні, монтажних та інших будівельних роботах і, головне, в експлуатаційний період з можливим проявом тимчасових елементів довговічності (див. 4.2 ), в тому числі і зміцнення структури, а отже, зростанням ресурсу, а також з деструкцією, т. е. зниженням ресурсу. У кожен даний момент часу відзначається несталий рівень ресурсу і його коливання аж до ймовірності першої відмови. За аналогією з принципами Л. Больцмана (S = k W, де S - ентропія. W - термодинамічна ймовірність, до - постійна величина) можна, мабуть, висловити і ресурс надійності: г = -In W. Це слід після логарифмування рівняння

справедливого для системи, що зберігається безвідмовної протягом часу т від моменту початку його відліку при т = 0.

Звідси випливає, що чим прогресивніша технологія або окремі її переділи в процесі виробництва ІБК, чим повніше використані способи зміцнення і стабілізації структури, гальмування десгрукціонних явищ, чим більше структура приведена в стан стійкості і рівноважної з меншою збереглася внутрішньої і поверхневої вільної енергією, тим вище ресурс як функціональна міра надійності уникнути першого і наступних відмов, т. е. вище безвідмовність, збереженість, довговічність конструкції, виготовленої з цього ІБК, стосовно до даних експлуатаційних умов.

І тим не менше, хоча ресурс і виступає в якості функціональної заходи надійності, він за більший або менший період експлуатації об'єкта під впливом зовнішніх і внутрішніх факторів, неврахованих в період прогнозування, може досягти свого мінімуму. Останнє неминуче призведе до необхідності термінового капітального ремонту будівельного об'єкта, а можливо - і до руйнування об'єкта або окремих його конструктивних елементів.

Теорія ІБК на даному етапі свого розвитку дотримується ділатонно-компрессонной теорії деформування і руйнування [1] . Суть її в короткому викладі полягає в наступному.

Атомно-молекулярні частинки системи перебувають у взаємозв'язку і безперервному русі. У цьому атомно-молекулярному безлічі внутрішня енергія розподілена випадковим чином. Якщо система представлена впорядкованою, оптимальної і навіть кристалічною структурою, то і тоді можливі флуктуації значень енергії частинок. Значення флуктуацій можуть бути як менше середньої величини енергії частинок, т. Е. Негативне її значення, зване ділатоном, так і більше середньої, т. Е. Позитивне її значення, зване компрессоном. Вплив на систему механічних експлуатаційних факторів призводить до нового перерозподілу внутрішньої енергії, до прогресуючого розмноженню флуктуацій обох знаків, зміни енергетичного рівня атомно-молекулярних частинок в системі, порушення орбіт руху, в тому числі валентних електронів, породження ангармонічності теплових коливань атомів твердого тіла.

Атоми можуть виявитися в двох принципово різних критичних положеннях: ділатонном і компрессонном. Перше виникає при увеліченіідолі кінетичної енергії за рахунок зменшення потенційної, що в кінцевому підсумку завершується відривом атома від вузла кристалічної решітки, необмеженим зростанням площі еліптичних орбіт валентних електронів, відривом їх від своїх атомів з виходом з твердих або рідких тіл (електронна емісія). Друге положення досягається при перетворенні кінетичної енергії в потенційну. При цьому енергетичний рівень атома опускається, амплітуда ангармонічні коливань зменшується, еліптичні орбіти валентних електронів вироджуються в кругові, атом втрачає зв'язок з найближчим оточенням. Якщо перше (ділатонное) критичне становище атома супроводжується появою значних внутрішніх зусиль і мікродеформірованіем з їх переходом в подальшому на макрорівень (без механодеструкція), то друге (компрессонное) критичне становище супроводжується втратою зв'язку між атомами, особливо між тими їх групами, які характеризуються зниженою температурою і високою щільністю, що може завершуватися появою мікроруйнування, чому сприяють і поруч розташовані ділатони. Мікродеформірованіе і

мікроруйнування з переходом в перспективі на макроскопічний рівень знаходяться як би в єдності, а руйнування під силовим впливом зовнішніх навантажень системи має ділатонно-компрес- Сіон природу. Достовірність такого механізму руйнування безпосередньо випливає з кінетичного рівняння міцності (4.2) [2] , оскільки то і т - періоди фінітного руху атомів в компресійному стані і на будь-якому іншому енергетичному рівні.

  • [1] Комаровський А.А. Механізм руйнування бетону і перспективні заходи забезпечення його довговічності. Київ. Тисяча дев'ятсот вісімдесят-вісім.
  • [2] Журко З І. Ділатонний механізм міцності твердих тіл // ФТТ. 1983. т. 25, № 10
 
<<   ЗМІСТ   >>