Методы оценки усталостной долговечности сварных соединений

На сегодняшний день существует множество подходов к оценке усталостной долговечности в зависимости от того, как учитывается локальная концентрация напряжений. Глобальные методы напрямую зависят от внутренних сил и моментов в критическом поперечном сечении в предположении линейного распределения напряжений. Влиянием локальных концентраций на стороне нагрузки пренебрегают. Оценки локальной усталости являются результатом локальных параметров (локальных напряжений или деформаций) с учетом влияния локальной геометрии в наблюдаемом местоположении.

Рекомендации и стандарты по оценке усталости в основном основаны на методе номинального напряжения, который фактически является глобальной концепцией. Однако разрушение элементов конструкции из-за усталости является локализованным процессом. Локальные параметры и геометрия оказывают максимальное влияние на усталостную прочность и усталостную долговечность элементов конструкции.  В последнее десятилетие метод структурных напряжений, не зависящий от сетки, и метод мастер-кривой S-N. Для проведения точной оценки усталости сварных стальных конструкций необходимо иметь одинаково точную информацию о нагрузке; даже малейшее изменение величины нагрузки может привести к большой разнице в результатах оценки. Более того, определение нагрузки методом конечных элементов является идеализацией и не включает все параметры, влияющие на поведение конструкции. Единственным способом получения точной информации о нагрузке является измерение поля в желобе, где реальные деформации могут быть измерены и отмечены различными датчиками, прикрепленными к элементам конструкции.

Для проведения точной оценки усталости сварных стальных конструкций необходимо иметь одинаково точную информацию о нагрузке; даже малейшее изменение величины нагрузки может привести к большой разнице в результатах оценки. Более того, определение нагрузки методом конечных элементов является идеализацией и не включает все параметры, влияющие на поведение конструкции. Единственным способом получения точной информации о нагрузке является измерение поля в желобе, где реальные деформации могут быть измерены и отмечены различными датчиками, прикрепленными к элементам конструкции. Таким образом, достигается наиболее точная основа для оценки усталости.

В настоящее время более широко используются и развиваются долгосрочные системы мониторинга состояния конструкций, так называемые системы мониторинга состояния конструкций. Они предназначены для раннего обнаружения структурных повреждений, для предоставления информации о состоянии конструкции в режиме реального времени и для получения данных для дальнейших исследований. Преимущества такого рода систем признаны во многих странах и внедрены в крупные стальные конструкции по всему миру. Для точного определения мест повреждения конструкции используются локальные неразрушающие методы, такие как визуальный осмотр, ультразвуковой контроль, рентгенографические методы, магнитопорошковый контроль и так далее. Эти методы часто являются дорогостоящими и занимают много времени, но необходимы из-за оценки состояния конструкции после повреждения. Недостатком всех этих методов является то, что структурная история состояний представляет только запись за определенный интервал времени и не обязательно должна представлять состояние в будущем. Учитывая множество неопределенностей, возникающих во время процедуры оценки усталости, вероятностный подход представляет собой рациональное решение. Источники неопределенностей в основном классифицируются как физические неопределенности, неопределенности измерений, статистические неопределенности из-за ограниченного числа измерений и неопределенности моделей из-за недостатков и идеализаций. Разрабатывая методы надежности конструкции (вероятностные) и метод накопления усталостных повреждений, стало возможным при оценке усталости учитывать все эти неопределенности.

При оценке усталости два основных подхода, которые в основном используются на этапе проектирования и оценки уровня надежности, - это подходы S-N в сочетании с правилом Майнера и механикой разрушения, которые используются на этапах оценки состояния и оценки остаточного усталостного ресурса конструкции. В первом случае целью анализа усталости является определение усталостного ресурса конструкции или элемента конструкции с целевой надежностью или определение интервалов проверки, в то время как в других случаях целью является определение интервалов проверки или оставшегося времени для ремонта.