Системный анализ и моделирование опасных процессов и явлений

Количественный показатель коррозии – ско-

рость коррозии – уменьшение толщины металла y, отнесенное к единице времени,

dy C k e T 0 dt 0 р ,

где С0 – концентрация реагента на внешней поверхности; kр – константа скорости химической реакции;

α' – температурный коэффициент; Т0 – температура (в кельвинах).

61

Влага в виде осадков, росы, повышенной влажности увеличивает коррозию металлических конструкций, увеличивая показатель В1.

Разные материалы подвержены коррозии поразному.

Углеродистые стали без присадок более подвержены коррозии, легированные стали имеют меньший коэффициент В1.

Без специальных мер – окраски, лакирования и других – обойтись нельзя.

62

Пыль и песок, попадая в трущиеся пары деталей, выступают как абразив и увеличивают износ В1.

Без специальных мер защиты от попадания пыли и песка рост износа приведет к увеличению вероятности отказа и, как следствие, к вероятности возникновения опасности.

63

Наличие химических веществ в атмосфере («кислотные дожди», вызванные выбросом серы и хлора) приводит к разрушению лакокрасочньх покрытий и росту коррозии В1.

Кроме того, химические вещества в атмосфере приводят к ускоренному старению резинотехнических изделий и пластмассовых деталей, т.е. к росту В2.

64

Для каждого материала изменение износа,

коррозии, старения, т.е. величин В1, В2 и В3 получается экспериментально. При этом необ-

ходим достаточно большой объём экспериментальных данных, чтобы оценить достоверность полученных данных.

Например, для стали 1Х18Н10Т показатель

В=1,37·10−2.

65

Уменьшение толщины металла автоматически ведет к увеличению значения σS. Присутствие влаги на поверхности металла может ускорить реакцию в 2–12 раз.

Таким образом, можно представить

S M P l R ,

Wр RU rU

где М – момент нагружения,

Wр – момент инерции, в котором параметр – толщина стенки (R–r).

Чем толще стенка, тем больше напряжение σS в материале.

66

Старение – процесс ухудшения свойств материала во времени.

Стареют все материалы, однако более всего – полимеры.

Механические, физические, диэлектрические свойства U связаны с временем и температурой:

где Еа – энергия активации;

Rсто – константа скорости старения из закона Аррениуса.

67

Износ – процесс постепенной утраты работоспособности трущимися элементами.

Факторы, определяющие износ:

•физические, химические и механические свойства поверхностей;

•сочетание материалов трущихся поверхностей;

•взаимодействие трущихся поверхностейсо средой;

•чистота обработки поверхностей трения;

•вид трения (сухое, полужидкостное, жидкостное);

•величина нормального давления и скорость движения трущихся поверхностей.

68

В период приработки (I) отмечается усиленный износ, в период нормальной эксплуатации (II) износ стабилизируется.

Однако в последующем сопряжение трущихся деталей при увеличенных зазорах воспринимают ударные динамические нагрузки, и износ увеличивается (III).

где k – коэффициент износа,

а – постоянный коэффициент, отражающий свойства мате-

69

Таким образом, закономерные изменения свойств материала приводят к изменению несущей способности конструкции, т.е. к росту действующих напряжений σS и уменьшению допускаемых

[σR].

Как видно из приведенных закономерностей, все они подчинены экспоненциальному закону:

R r R0 r0 e B1 B2 B3 t ,

где (R−r) – толщина стенки,

В1 – коэффициент (скорость) износа, В2 – коэффициент (скорость) коррозии, В3 – коэффициент (скорость) старения.

70