Курс лекций "Эксплуатационная прочность и надежность конструкций"
Эксплуатационная прочность и надежность - выделение из понятия «надежность технического объекта» организационных и технических мероприятий, которые реализу-ются в эксплуатации, после постройки технического объекта. Фундаментальные показа-тели надежности закладываются при проектировании, изготовлении и затем реализуют-ся в последующей части жизненного цикла объекта. Важными компонентами обеспече-ния эксплуатационной надежности являются организация надзорной деятельности, своевременное и целесообразное восстановление поврежденных элементов конструк-ций. Эти компоненты, как и проектирование, нуждаются в соответствующей технической поддержке.
Задачи дисциплины - преподавание методических основ оценки технического состо-яния конструкций, а также технической поддержки надзорной деятельности с учетом действия ведущих механизмов деградации материала и соединений и привлечением аппарата Теории вероятностей, Статистической динамики и Механики разрушения.
Программа разработана в соответствии с развитием практических требований орга-низации и технической поддержки мероприятий по обеспечению надежности конструк-ций на протяжении жизненного цикла. При ее разработке учтен опыт исследовательских работ, преподавания сходных дисциплин в СПбМТУ, СПбГПУ, в ряде университетов Ев-ропы и США, методические и нормативные документы для этой области инженерной деятельности (IACS, EUROCODE, документов IIW, и др.).
Содержание курса лекций
| Темы | |
| 1. | Введение. Компоненты эксплуатационной прочности и надежности. Понятие ресурса и остаточной прочности конструкций. Природа и механизмы повреждения и разрушения конструкций. Исторические повреждения (зависящие от истории нагружения или времени воздействия внешних факторов: усталость, коррозия и совместное действие усталости и коррозии) и повреждения при однократных перегрузках. |
| 2. | Внешние воздействия на конструкции сооружений. Элементы теории вероятностей. Статистические характеристики последовательности внешних воздействий. Спектры ординат и энергетические спектры функциональных и ветровых нагрузок сооружений. Типовые энергетические спектры нагрузок |
| 3. | Преобразование внешнего воздействия линейной динамической инерционной системой. Передаточные функции (амплитудно-частотные характеристики) системы для динамических реакций. Теорема Винера-Хинчина. Статистические характеристики напряжений в компонентах и узлах конструкций |
| 4. | Построение долговременных распределений внешних воздействий для конструкций сооружений. Оценка экстремальных значений динамических реакций (напряжений) и их использование в расчетах прочности и устойчивости компонентов конструкций. Учет эксплуатационных повреждений в оценках остаточной прочности |
| 5. | Механизмы «исторических» повреждений материала и сварных конструкций сооружений. Коррозионные повреждения. Усталость конструкционных материалов. Расчетные кривые усталости. Совместное действие коррозии и усталости |
| 6. | Оценки повреждений при случайном нагружении и расчеты усталости узлов сварных конструкций при проектировании и в условиях эксплуатации. Оценка остаточного ресурса с учетом усталости. Расчеты усталости сварных конструкций по правилам IACS, IIW и EUROCODE |
| 7. | Оценка прочности компонентов конструкции с трещинами. Теория Гриффита-Ирвина. Коэффициент интенсивности напряжений. Критерии нестабильного разрушения. Экспериментальное определение характеристик сопротивления разрушению |
| 8. | Трещины усталости. Расчеты подрастания трещин. Практические методы определения характеристик сопротивления материалов подрастанию трещин в устойчивом и нестабильном режимах. Оценка условий смены механизмов разрушения. Эффекты статической неопределимости конструкций. Оценка остаточного ресурса конструкций |
| 9. | Экспериментальное определение характеристик прочности конструкций в эксплуатационных условиях. Мониторинг надежности ответственных технических объектов. Принципы организации автоматических систем контроля состояния конструкций. |
| 10. | Заключение |
Образовательные технологии
Основные образовательные технологии - сочетание традиционных лекций, лекций-презентаций с самостоятельной работой слушателей с учебной и научной литературой.
Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Адрес сайта курса
Рекомендуемая литература
1.Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций.М.: «Машиностроение», 1990. 448 с.
2.Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Высшая школа, 2000. 480 с. ISBN 5-06-00383-0
3.Механика разрушения и прочность материалов. Справочное пособие в 4 т./Под ред. В.В.Панасюка. Киев: «Наукова думка», 1988. ISBN5-12-0003001-1
4.Petinov S.V. In-Service Strength and Reliability Assessment of Structures. Springer, 2018. ISBN 978-3-319-89317-4
5.Петерсон Р.Е. Коэффициенты концентрации напряжений. М., Мир, 1977. 302 с.
6.Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений: в 2 т. /Под ред. Ю.Мураками. М.: Мир, 1990. ISBN 5-03-002492-1
7.Трощенко В.Т., Сосновский Л.А. Сопротивление усталости металлов и сплавов. Справочник: в 2 т.. Киев: «Наукова думка», 1987
8.Niemi E., Fricke W., Maddox S.J. Structural Hot-spot Stress Approach to Fatigue Analysis of Welded Components. Designers’ Guide. Int. Institute of Welding, IIW–Doc. XIII–WG3–31r1–14 Cambridge. Abington. 2015. P.49
9.EUROCODE 3: Design of Steel Structures. Part 1-9: Fatigue. BS EN 1993-1-9: 2014. P. 36
10.Glinka, G. A Cumulative Model of Fatigue Crack Growth. «International Journal of Fatigue», 1982, April, pp.59-67
11.Imran, M., Siddique, S., Guchinsky, R.V., Petinov, S.V. and Walther, F. Comparison of fatigue life assessment by analytical, experimental and damage accumulation modeling approach for steel SAE 1045 //Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 2016, pp.1-29
12.Guchinsky R.V., Petinov S.V. Fatigue Assessment of Structures based on the Damage Accumulation Principle. XLVI International Summer School-Conference APM-2018, June 25-30, 2018. Book of Abstracts, P.74. St.Petersburg