Локальные «ЛЕЧАЩИЕ» НАКЛАДКИ - ПОКРЫТИЯ Р.А.Кантюков, И.М.Тамеев ООО Газпром трансгаз Казань Н.М.Якупов, А.А.Абдюшев, С.Н.Якупов Институт механики и машиностроения Казанского научного центра РАН Казань 2011

Трубопроводная система предназначена для выполнения своих функций в течение заданного срока. С эксплуатационной точки зрения хотелось бы иметь такую систему, у которой все узлы и элементы безотказно и качественно отработали бы заданный срок, после которого их можно было бы полностью заменить. Однако практически это трудно разрешимая задача, поскольку создание идеальной системы потребовало бы больших временных и финансовых затрат. Если природные конструкции восхищают нас своим изяществом, то рукотворные – весьма далеки от этого. В элементах конструкций в процессе производства, монтажа и эксплуатации возникают различные дефекты: трещины, царапины, коррозионные углубления, вмятины и другие, которые являются концентраторами напряжений и представляют угрозу функционированию конструкций и сооружений.

Панель с одной трещиной Наиболее опасным концентратором напряжений является трещина. Распределение интенсивностей напряжений для прямоугольного объекта с трещиной (параметры объекта: 50х40х0.1 см, максимальная ширина трещины – 20 см, материал – сталь, нагрузка – равномерно распределенная):

Однако появление дефектов, в частности, трещин еще не означает «гибель» конструкции. При ремонте можно использовать накладки- покрытия – пассивные накладки, не создающие усилия сжатия в процессе включения в работу системы «элемент конструкций - накладка». Пассивные накладки Панель (1) с трещиной (2) и с накладками (3) из обычного материала, 4 – клеевой слой б 12 3 а А А

Анализ напряженно – деформированного состояния накладки h1h1 b1b1

Пассивные накладки – накладки из обычного конструкционного материала, устанавливаемые в районе трещины (щели), воспринимая часть нагрузки, разгружают область вершины трещины. Такие накладки дают определенный эффект и, безусловно, имеют право на существование ,46кг/см 2 ; ,47кг/см 2 ; ,75 кг/см

Активные накладки Эффективен способ создания поля сжатия вблизи дефектной области – активные накладки, создающие при срабатывании усилия сжатия (например, из материала с «эффектом памяти формы»). Получены патенты на изобретение: «Способ ремонта трещин в тонкостенных оболочечных конструкциях» «Крепежный элемент «ЯМСИ»

Активные накладки е = 0004 Более эффективным способом лечения трещин (щелей) является способ использования активных накладок – специальных накладок, изготовленных из материала с памятью формы. Такие накладки, после их срабатывания, создают сжимающие усилия в установленной области ,29кг/см 2 ; ,39кг/см 2 ; ,25кг/см

Зависимость i от положения накладки Зависимость i от деформации в накладке

Панель с тремя трещинами При длинах трещин меньше одной трети максимальной длины трещины вблизи вершин всех трех трещин возникает концентрация напряжений с интенсивностью одного порядка. С увеличением длин трещин в области вершин крайних трещин уровень интенсивности напряжений возрастает, а в области вершины средней трещины интенсивности напряжений падают.

Пассивные накладки в районе крайних трещин перераспределяют нагрузки, воспринимаемые трещинами: разгружают область вершин крайних трещин, при этом напряжения в вершинах центральной трещины становятся максимальными. Варьируя положением и количеством накладок можно существенно снизить уровень концентрации напряжений в вершинах трещин. Накладки на крайних трещинах Накладки на всех трещинах

Начаты исследования Параметры объекта: ширина - 50 см, высота – 40 см, толщина – 0.1 см, ширина трещины – 20 см, материал – сталь, нагрузка – равномерно распределенная. Узкие (ленточные) накладки Широкие накладки Обеспечивают герметичность

Интенсивность Напряжения yy Y = 0,00000

Интенсивность Напряжения yy Y = -0,

Интенсивность Напряжения yy Y = -0,

Интенсивность Напряжения yy Y = -0,

Интенсивность Напряжения yy Y = -0,00007

Выводы: Проведенные исследования показывают эффективность использования «лечащих» накладок Установкой активных «лечащих» накладок в области дефекта, например, трещины, можно влиять на распределение и величину экстремальных напряжений в панели Можно подобрать необходимый уровень деформации в активных накладках, позволяющих максимально снизить уровень экстремальных напряжений Можно подобрать наиболее рациональное расположение узких активных накладок, позволяющих снизить уровень экстремальных напряжений Широкие накладки, помимо лечащего эффекта, обеспечивают герметичность ремонтируемого дефекта