Типовые закономерности протекания во времени процессов старения

Таблица 3.10.2

Существует определенная категория процессов, для которых вначале происходит накопление каких-то внутренних повреждений, а затем с некоторым запаздыванием начинается сам процесс.

Если в процессе с запаздыванием время до начала процесса (порог чувствительности) является основным периодом эксплуатации элемента, а сам процесс протекает с большой интенсивностью, то такое явление воспринимается обычно как спонтанный (самопроизвольно возникающий) процесс. Так, хрупкое разрушение металлов носит лавинообразный характер и возникает после накопления внутренних напряжений или при неблагоприятном сочетании внешних воздействий.

Если скорость процесса меняет знак, что характерно для сложных физико-химических процессов, протекающих в материале, функция U(t), характеризующая степень повреждения, будет иметь экстремум.

При протекании различных процессов старения могут быть случаи, когда изменяется физическая сущность процессов и, соответственно, меняется и закономерность, описывающая данные явления. Такие процессы называются многостадийными. Для их описания, как правило, применяют законы для каждой стадии процесса γ(t) и U(t).

Все рассмотренные функциональные зависимости, определяющие протекание процесса старения, проявляются при эксплуатации систем как случайные процессы. Это связано с двумя основными причинами. Во-первых, начальные свойства материала и параметры элемента имеют рассеяние, так как являются продуктом некоторого технологического процесса, который может функционировать лишь с определенной точностью и стабильностью. Во-вторых, стохастическая природа процесса старения связана с широкой вариацией режимов работы и условий эксплуатации. В результате, зависимости, описывающие процессы старения, становятся функциями случайных аргументов - нагрузок, скоростей, температур и т.п.

Поэтому скорость процесса старения γ является случайной величиной и ее полной характеристикой будет закон распределения f(γ). Для получения f(γ) экспериментальным методом применяется физико-статистическое моделирование, при котором испытание производят при различных значениях внешних факторов, а значения этих факторов принимают в соответствии с законом их распределения, отражающим условия эксплуатации. Применяя метод статистического моделирования (метод Монте-Карло), определяют закон распределения и его характеристики для искомой величины - скорости процесса повреждения.

ФАКТОРЫ НАГРУЗКИ

Эти факторы связаны с режимом работы элементов системы, свойственным им независимо от того, наблюдается воздействие того или иного фактора (климатического, биологического и др.) на элемент или это воздействие отсутствует, и энергией, накопленной материалом элементов системы.

Механическая энергия приводит к изнашиванию сопряжений, искажению первоначальной формы элементов и при достижении определенных отклонений от первоначальных значений возникает отказ. Таким образом, нарушается основное условие, предопределяющее безопасную работу оборудования, которое заключается в том, что его составные части должны выдерживать заданные рабочие нагрузки и, таким образом, обеспечивать безопасность окружающей среды.

К причинам механических повреждений элементов и систем в целом относятся:

- конструкции, не обеспечивающие их целостность при перепадах внутреннего давления, действия внешних сил, коррозии, изменения температуры, знакопеременных нагрузках;

- механические поломки вследствие коррозии и ударов;

- поломки таких узлов, как насосы и компрессоры, вентиляторы;

- неисправности в системе контроля (датчики давления и температуры, индикаторы уровня, приборы управления и т.д.);

- неисправности в системе безопасности (предохранительные клапаны, системы сброса давления, системы нейтрализации и т.д.);

- нарушение сварных швов и соединительных фланцев.

В механических системах изменение силы, воздействующей на элементы, изменяет нагрузку, приходящуюся на эти элементы, что приводит к большему или меньшему накоплению признаков усталости, а следовательно, к изменению величины вероятности разрушения элемента за определенный промежуток времени.

Параметром, определяющим степень нагрузки составляющих систему элементов, зависящей от его режима работы, является коэффициент нагрузки, представляющий собой отношение рабочей нагрузки (А_р), действующей на элемент, к номинальному значению нагрузки (А_н), обусловленному нормативами (техническими условиями): К_н=А_р /А_н. Расчеты значений К_н для элементов различных систем не всегда просты, и в ряде случаев необходимы экспериментальные исследования.

Химическая энергия вызывает процессы коррозии в резервуарах и трубопроводах агрегатов химической промышленности. Повреждение стенок резервуаров может привести вначале к ухудшению выходных параметров агрегата (загрязнение химических веществ, изменение пропускных сечений трубопроводов), а затем при разрушении стенок - к полному выходу из строя системы.

В радиоэлектронной и электрической аппаратуре в различных режимах ее работы может изменяться электрическая нагрузка на составные элементы, в связи с чем (при прочих равных условиях эксплуатации) меняется значение интенсивности их отказов.