5.2. Определение напряженно-деформационного состояния оборудования.

Оценка напряженно-деформационного состояния (НДС) оборудования является основой для заключения о его работоспо­собности, безопасной эксплуатации и определении остаточного ресурса.

Исследования НДС проводятся аналитическими, экспери­ментальными и расчетно-экспериментальными методами.

Аналитические методы исследования НДС базируются на известной идеализации объекта исследования, свойств конструк­ционных материалов, режимов эксплуатации объекта. Они не учи­тывают изменение технического состояния объекта при эксплуа­тации (старения конструкционных материалов, прирабатываемое™, перераспределения нагрузки между элементами конструкции, коррозию, износ и другие процессы деградации), а также широкую гамму режимов и условий эксплуатации. Вызывает определенные трудности расчет сложно-напряженного состояния объекта при наличии не всегда известных граничных условий или их изменения в процессе эксплуатации, изменения режимов и условий работы.

В основе традиционных методов расчета НДС сосудов, аппаратов, технологических трубопроводов лежит теория тонко­стенных оболочек. Эти методы нормализованы (см. список нормативно-технической литературы).

К более общим методам расчета НДС конструкций различной конфигурации, позволяющим рассчитывать НДС конструкций, отличающихся от правильных геометрических форм (с учетом дефектов монтажа, мест коррозии, не сплошностей и других дефектов) относятся методы граничных и конечных элементов.

Метод конечных элементов (МКЭ) относится к вариационно-разностным приближенным методам решения задач поля. Сущность метода состоит в переходе от континуальной расчетной модели сплошного тела с дискретной модели, состоящей из конечных элементов простой геометрической формы (треугольников. тетраэдров и др.). Задача отыскания напряженно-деформационного поля в континуальной модели сводится к отысканию напряжений и деформаций в конечном числе узловых точек, соединяющих конечные элементы. Эти расчеты проводят с помощью ЭВМ по специальным программным комплексам. Однако и эти методы по указанным причинам не всегда точно описывают напряженно-деформационное состояние объекта в условиях реальной эксплуатации. Поэтому экспериментальные методы исследования НДС являются единственной гарантией объективности наших знаний о техническом состоянии.

Наиболее широкое применение в экспериментальных иссле­дованиях НДС нашли методы тензометрирования. Суть метода состоит в изменении электрического сопротивления проводника (проволочного или фольгового датчика) или полупроводникового элемента при его растяжении (сжатии). Изменение сопротивления проводника связано с деформацией формулой

где р — удельное сопротивление проволоки, 1 — длина провод­ника, S — площадь поперечного сечения проводника.

Отношение называют коэффициентом чувствительности к деформации.

Изменение тока в цепи датчика усиливается специальным прибором (тензоусилителем) и фиксируется осциллографом Широкое применение нашли тензостанции, позволяющие работать одновременно с большим количеством тензодатчиков, обрабатывать в численном виде информацию о показаниях датчиков, хранить ее в памяти и выдавать ее в удобной для анализа и отчета форме.

Тонзодатчики прикрепляются к поверхности объекта (обычно приклеиваются) и ориентируются в направлении измеряемого напряжения. Тензодатчики могут изготавливаться в виде розетки, позволяющей одновременно измерять напряжения в нескольких направлениях.

Требования к тензорсзисторам и методам тснзометрирования установлены следующей нормативной документацией: ГОСТ 20420-91. Тензорезисторы. Термины и определения. ГОСТ 21616-76. Тензорезисторы. Общие технические условия.

Р50-54-54-88. Расчеты и испытания на прочность. Экспериментальные методы определения напряженно-деформационного состояния элементов машин и конструкций. Метод наружной тензометрии энергетического оборудования.

Косвенно об уровне напряжений можно судить по изменению магнитного поля напряженного тела. В этом случае необходимо знать корреляционную связь между параметрами магнитного поля и напряженным состоянием материала. Принцип работы такой измерительной аппаратуры (например, Stresscan-500C) основан на магнитоупругом эффекте ферромагнитных материалов, заключа­ющемся в том, что при внешнем силовом воздействии, вызывающем деформацию и напряжения, в материале происходит изменение намагниченности. Эти изменения характеризуются соответству­ющим уровнем электромагнитных импульсов (шумов Бакхаузена), возникающих при приложении внешнего магнитного поля.

Для качественной оценки напряженно-деформационного состояния используют также тензочувствительные покрытия, методы муара, интерферометрии, голографии. Широко приме­няется исследование НДС на моделях.

Информация об остаточной деформации элемента сосуда может быть получена при изменении расстояния между реперными точками, линиями или по искажению сетки, нанесенной на поверхность объекта при проведении испытаний.

Суть расчетно-экспериментальных методов исследования НДС состоит в том, что ряд граничных условий, режимов нагружения, вибрационных характеристик объекта, а также напряженно-деформационное состояние в ограниченном числе точек, находят экспериментальным путем. После чего проводится уточненный расчет конструкции в целом.