Удосконалення методів контролю напруженого стану металоконструкцій довготривалої експлуатації (на прикладі (АГНКС)

Abstract

Дисертація присвячена питанню контролю напруженого стану тривало експлуатованих металоконструкцій посудин АГНКС, що працюють під тиском. Проведено аналіз конструкцій посудин, що працюють під тиском на автомобільних газонаповнювальних компресорних станціях України, а також їх умови та режими експлуатації, чинники впливу, що викликають зміну фізичних і механічних властивостей металу. На основі детального аналізу методів і технічних засобів контролю, діагностики та визначення основних параметрів, що характеризують напружений стан металу посудин під тиском, обґрунтовано необхідність нового підходу до діагностики фактичного технічного стану за рівнем напружень у металі з урахуванням декількох інформативних діагностичних параметрів одночасно. Побудовано математичну модель процесу деформування та виникнення напружень різних просторових конфігурацій за відомими переміщеннями певної множини точок поверхні посудин під тиском з урахуванням діючих нормативних напружень, а також напружень, що мають несиметричний характер і природа виникнення яких потребує подальшого вивчення. Проведені експериментальні дослідження характеру взаємозв’язків між інформативними параметрами методів неруйнівного контролю та різними видами напружень дали можливість встановити мінімальний набір фізичних параметрів, комплексне застосування яких дає можливість підвищити точність визначення величини напружень металу стінок посудин під тиском. Для одержання функції апроксимації напруження (МПа) від комплексу параметрів: коерцитивної сили, питомого електричного опору, магнітного параметру 12 з частотою вимірювання ґ = 25 кГц, і твердості в символьному виразі було застосовано алгоритм штучних нейронних мереж. Рівняння апроксимації знайшло практичне застосування в розробленій методології визначення та оцінки напруженого стану металу як одного з критеріїв фактичного технічного стану посудин високого тиску об’єктів АГНКС, затвердженої нормативним документом - СОУ «Визначення напружень у стінках посудин, що працюють під тиском. Методика».

The dissertation focuses on the stress state monitoring of NGVFS pressure vessels' metal structures of long-term operation. The analysis was conducted, concerning the design of pressure vessels at NGV filling stations of Ukraine, as well as their service and operating conditions, factors of influence, causing the change in physical and mechanical properties of the metal. Based on the detailed analysis of methods and technical means of monitoring, diagnostics and sizing, characterizing the stress state of pressure vessels metal, the necessity of the new approach to diagnosing the actual technical state by the level of stresses in the metal, taking into account several informative diagnostic parameters at the same time, is substantiated. The mathematical model was developed, describing the process of deformation and stresses formation of various spatial configurations based on known displacements of a certain set of points of the pressure vessels surface with allowance for the operating standard stresses and stresses with the asymmetrical nature and the occurrence of which requires further study. The conducted experimental research of interrelations nature between informative parameters of nondestructive testing methods and various types of stresses allowed to establish the minimal set of physical parameters, the complex application of which allows to increase the accuracy of stress value determination in the metal of pressure vessel walls. To obtain the function of stress approximation (MPa) from the complex of parameters: coercive force, specific electric resistance, magnetic parameter 12 with a measurement frequency f = 25 kHz, and hardness in symbolic expression, the algorithm of artificial neural networks was applied. Equations of approximation were applied in the developed methodology for the determination and evaluation of the stress state of metal as one of the criteria for the actual technical condition of high-pressure vessels of NGVFS objects, and approved by the normative document - SOU «Determination of stresses in the walls of pressure vessels. Methodology».

Диссертация посвящена вопросу контроля напряженного состояния длительно эксплуатируемых металлоконструкций сосудов АГНКС, работающих под давлением. Проведено анализ конструкций сосудов, работающих под давлением на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях Украины, а также их условия и режимы эксплуатации, факторы влияния, вызывающие изменение физических и механических свойств металла. На основе детального анализа методов и технических средств контроля, диагностики и определения основных параметров, характеризующих напряженное состояние металла сосудов под давлением, обоснована необходимость нового подхода к диагностике фактического технического состояния по уровню напряжений в металле с учетом нескольких информативных диагностических параметров одновременно. Построена математическая модель процесса деформирования и возникновения напряжений различных пространственных конфигураций по известным перемещениями определенного множества точек поверхности сосудов под давлением с учетом действующих нормативных напряжений, а также напряжений несимметричного характера и природа возникновения которых требует дальнейшего изучения. Проведенные экспериментальные исследования характера взаимосвязей между информативными параметрами методов неразрушающего контроля и различными видами напряжений позволили установить минимальный набор физических параметров, комплексное применение которых позволяет повысить точность определения величины напряжений металла стенок сосудов под давлением. Для получения функции аппроксимации напряжения (МПа) от комплекса параметров: коэрцитивной силы, удельного электрического сопротивления, магнитного параметра 12 с частотой измерения Г = 25 кГц и твердости в символьном выражении был применен алгоритм искусственных нейронных сетей. Уравнения аппроксимации нашло практическое применение в разработанной методологии определения и оценки напряженного состояния металла как одного из критериев фактического технического состояния сосудов высокого давления объектов АГНКС, утвержденной нормативным документом - СОУ «Определение напряжений в стенках сосудов, работающих под давлением. Методика».