автореферат диссертации по строительству, 05.23.17, диссертация на тему:Расчет сложных стержневых конструкций с учетом кинетики развития распределенных и локальных коррозионных повреждений

5 ОД

На правах рукописи

ОВЧИННИКОВА Галина Николаевна

РАСЧЕТ СЛ01ННХ СТЕРЖНЕВЫХ КОНСТРНКЦИИ С УЧЕТОМ КИНЕТИКИ РАЗВИТИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ И ЛОКАЛЬНЫХ КОРРОЗИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ

Специальность 05.23.17 - строительная механика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград 1996

Работа выполнена в Волгоградской государственной

архитектурно-строительной академии Научный руководитель: - заслуженный деятель

науки и техники России, доктор технических наук, профессор В.А.Игнатьев. Научный консультант: - кандидат технических

наук,доцент Г.А.Наумова .

Официальные оппоненты: - доктор физико-математических

наук,профессор Н.Н.Столяров, - кандидат технических наук, доцент Беликов Г. И.

Ведущее предприятие - "Волгоградгражданпроект"

.,30

Защита состоится "2.5« апреле. 1996 года в ' час, в ауд.!'Зо-{ Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии на заседании диссертационного совета К 064.63.02 по специальности 05.23.17 - строительная механика.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии. Автореферат разослан " 1996 года.

Отзывы просим направлять по адресу: 410074. г.Волгоград, ул. Академическая 1, Волгоградская государственная архитектурно-строительная академия. Ученый совет.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н..доцент

Г. Г. Шкода

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность темы. Плоские и пространственные стержневые конструкции самой различной конфигурации находят широкое применение в разных областях техники, строительства, мостостроения. В реальных, условиях эксплуатации такие конструкции подвергаются воздействии не только нагрузок и температур, но и различных коррозионных сред. Нередко перечисленные выше факторы действуют совместно в самых неблагоприятных сочетаниях,что приводит к значительному снижению несущей способности и уменьшению долговечности стержневых конструкций.

К настоящему времени поведение различных стержневых конструкций при действии механических нагрузок исследовано достаточно полно. В то же время, количество работ, посвященных изучению поведения таких конструкций с учетом влияния коррозионных эксплуатационных сред, весьма мало.Однако, эта область строительной механики находится в настоящее время в стадии интенсивного развития, хотя основная часть опубликованных работ посвящена исследованию поведения пластинчатых и сболочечных конструкций в агрессивных средах и разработке методов расчета этих конструкций.

8 связи со сказанным исследования, посвященные изучению несущей способности и долговечности стержневых конструкций различ-' ного вида, подвергающихся воздействию коррозионных сред, представляются весьма актуальными.

Целью настоящей работы является: развитие методов исследования напряженно-деформированного состояния, долговечности плоских и пространственных стержневых конструкций, контактирующих с коррозионными средами: разработка на их основе методик расчета и алгоритмов для определения напряженного состояния и долговечности статически определимых и статически неопределимых стержневых конструкций, подвергающихся коррозионному износу; разработка способов учета влияния защитного антикоррозионного покрытия на кинетику коррозионного износа стержневых конструкций; разработка методов расчета статически-неопределимых стержневых конструкций с учетом появления и развития локальных коррозионных повреждений; применение метода обобщенных неизвестных для расчета регулярных стеркневых систем, подвергающихся воздействию коррозионных

сред.

Научная новизна: выполнен анализ известных математических моделей коррозионного износа защищенных и незащищенных напряженных конструкций, а также методов расчета конструкций с учетом коррозионных повреждений; разработана математическая модель снижения защитных свойств антикоррозионного покрытия и модель коррозионного износа конструкций с защитным покрытием; разработана методика расчета статически неопределимых ферм и рамных конструкций с учетом коррозионного износа матричным методом сил; развита методика расчета сложных стержневых систем, подвергающихся коррозионному, износу и решен ряд сложных задач: развита методология расчета стержневых конструкций с учетом появления и развития локальных коррозионных повреждений.

Достоверность результатов работы подтверждается применением -известных методов расчета напряженно-деформированного состояния стержневых конструкций, тестированием используемого программного обеспечения и сопоставлением, где это возможно, полученных результатов с результатами других авторов.

Практическая ценность работы состоит в разработке методик, алгоритмов расчета напряженно-деформированного состояния сложных плоских статически неопределимых стержневых конструкций с учетом как коррозионного износа, так и локальных коррозионных повреждений.

Внедрение результатов.Диссертационная работа выполнена в со-, ответствии с проектом "Разработка методов прочностного расчета металлических и железобетонных конструкций, подверженных коррозионному разрушению" Межвузовской научно-технической программы " Прочность и долговечность конструкций при нетрадиционных воздействиях, нарушающих внутренние связи материала" (1992 - 1997 гг.), а также в соответствии с проектом "Защита природных комплексов Волжского бассейна при обеспечении безопасной эксплуатации инженерных сооружений, подвергающихся воздействию агрессивных сред" научно - технической программы "Оздоровление экологической обстановки. Восстановление и предотвращение деградации природных комплексов Волжского бассейна Разработанные методики и алгоритмы расчета используются при чтении лекций студентам строительных вузов и факультетов, а также при написании учебного пособия.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и

обсуждались на: межреспубликанской научно-технической конференции "Численные методы решения задач строительной механики, теории упругости и пластичности " (Волгоград. 1990): областной научно-технической конференции "Теория и практика капитального строительства и подготовка инженерных кадров" (Иваново, 1991)¡межреспубликанской научно-технической конференции "Вопросы надежности и оптимизации строительных конструкций и маиин" ( Севастополь, 1991) ;всероссийской научно-технической конференции "Прочность и живучесть конструкций" (Вологда. 1993); межвузовской научной конференции "Математическое моделирование и краевые задачи"( Самара, 1995) В целом диссертационная работа докладывалась на научном семинаре кафедры строительной механики Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии(Волгоград. 1996).

Публикации.Основные результаты диссертационной работы отражены в 8 публикациях.

Объем работы.Работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов, списка литературы из 199 наименований. Основное содержание изложено на стр. машинописного текста.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе работы рассмотрено современное состояние' проблемы расчета несущей способности и долговечности конструкций с учетом коррозионного воздействия среды. •

Конструктивные элементы многих сооружений, деталей машин, приборов и аппаратов в процессе эксплуатации подвергаются не только воздействию нагрузок, температур, но и различных агрессивных сред, вызывающих самопроизвольное разрушение материала конструктивных элементов, то есть коррозию. В большинстве случаев эти факторы действуют совместно и потому напряженное состояние конструкций и температура вызывают ускорение процесса коррозионного разрушения, что приводит к достаточно быстрому уменьшению несущей способности и значительному сокращению долговечности конструкций, эксплуатируемых в агрессивной среде. Неучет влияния агрессивных сред может привести к преждевременному, нередко аварийному выходу конструкций из строя. В последнее время на повестку дня поставлена новая весьма важная, но сложная проблема: многие инженерные конструкции длительное время эксплуатировались в условиях

совместного воздействия нагрузок и коррозионных сред, что привело к значительному изменению их характеристик.Но ввиду невозможности замены этих конструкций (по экономическим или иным соображениям), возникает задача оценки их действительного напряженно-деформированного состояния с учетом произошедших за время эксплуатации изменений с тем, чтобы оценить безопасность их дальнейшей безаварийной эксплуатации и определить необходимость принятия превентивных мер ( защита, усиление).

В строительных нормативных документах до недавнего времени проблема учета воздействия агрессивной среды отделялась от проблемы расчета конструкций.

При изучении коррозионного воздействия среды большинство авторов уделяли основное внимание наиболее распространенному случаю коррозии, каковым, является общая (сплошная) коррозия, предполагающая достаточно равномерное разрушение или растворение поверхности металлических конструкций в агрессивной среде. Поэтому подавляющее большинство работ и отечественных и зарубежных исследователей, таких как Гутман Э.М., Долинский В.М., Карпунин В. Г.,Овчинников И. Г. .Петров В. В., Райзср В. Д., Грюлинг Г., Почтман Ю. М., ШрайерЛ., Швайцер К. и других посвящено исследованию влияния общей коррозии на работоспособность различных конструкций.

Ю. М. Почтманом с учениками развито новое направление исследований, связанное с оптимальным проектированием конструкций с учетом воздействия агрессивной среды и решено большое количество интересных задач.

В большинстве работ использовался детерминированный подход к расчету конструкций, работающих в коррозионных средах. Вероятностный подход к определению напряженно-деформированного состояния и долговечности конструкций, подвергающихся воздействию коррозионных сред, на необходимость которого указывалось А. Р. Ржаницыным использовался в работах Притыкина И. А.,Флакса В.Я.Отметим работы Тимашева С.А., посвященные оценке надежности пластин и оболочек, подвергающихся коррозионному износу, а также работы Райзера В. Д. и его учеников, в которых уделяется большое внимание разработке теории надежности конструкций, подвергающихся коррозионному износу; работы Вольберга Ю. Д. и Филиппова В. В. с сотрудниками.

Математическое моделирование коррозионного разрушения мате-

риалов основывается на экспериментальных данных, полученных в натурных условиях и сводится к математическому описанию процесса изменения во времени некоторых параметров, характеризующих степень коррозионного поражения конструкции. В качестве таких параметров обычно используют глубину коррозионного поражения, потерю массы, _ изменение площади поперечного сечения конструкции и другие.

Математические модели коррозионного износа сталей можно разделить на два принципиально различных класса: модели, описывающие физико-химический процесс коррозии на причинном уровне, и феноменологические модели, не объясняющие глубинных причин явления,а дающие описание динамики изменения параметров состояния в виде эмпирической функциональной зависимости этих параметров от времени. Абсолютное большинство существующих математических моделей коррозионного износа относится ко второму классу. В работе приведена сводка 10 моделей первого класса и 29 моделей второго класса. Указано, что обычно конструкции защищаются покрытиями, поэтому при расчете их напряженно-деформированного состояния и долговечности необходимо учитывать и срок службы защитных покрытий, то есть моделировать кинетику изменения коррозионной стойкости защитных покрытий. В работе приведены данные о 7 известных из литературы моделях снижения защитных свойств покрытий.

Во второй главе работы рассмотрены • способы учета эффектов ' коррозионного воздействия при расчете конструкций, предложен ряд моделей снижения защитных свойств покрытий, получены основные соотношения, описывающие поведение статически определимых и статически неопределимых стержневых систем в условиях воздействия коррозионной среды.

Моделирование поверхностного воздействия коррозионной среды сводится к заданию модели коррозионного износа и учету влияния коррозионного износа на геометрические характеристики поперечных сечений. Однако,так как при изменении размеров поперечных сечений уровень напряжений повышается, то возможно превышение ими предела текучести и при расчете конструкций следует учитывать возможность появления пластических деформаций, то есть либо заранее выполнять расчет с использованием нелинейных физических соотношений, позволяющих учесть эффекты пластичности, либо в процессе расчета контролировать уровень напряжений и переходить на другие физические

соотношения при расчете элементов конструкций, в которых напряжения достигли предела текучести. Так же следует поступать, если в элементах конструкций возможно появление деформаций ползучести.

Кроме того, изменение размеров поперечных сечений может привести к тому, что линейные геометрические соотношения окажутся непригодными и возникнет необходимость перейти к геометрически нелинейным соотношениям.

При расчете конструкций с защитными покрытиями, подвергающихся коррозионному износу, следует учитывать совместную работу и конструктивного элемента и защитного покрытия, что обычно приводит к появлению напряжений в защитных покрытиях , более интенсивному снижению защитных свойств этих покрытий и, как следствие, преждевременному их разрушению. Но конструктивные элементы с разрушенным защитным покрытием в состоянии продолжать воспринимать 'действующие нагрузки в течение значительного времени, только нужно учитывать их ускоренный коррозионный износ в зонах с разрушенными участками покрытий.Следовательно, работа защищенных покрытиями конструкций складывается из двух периодов: периода работы с защитным покрытием ( в течение которого это покрытие теряет защитные свойства и разрушается) и периода работы с разрушенным защитным покрытием ( когда имеет место интенсивный коррозионный износ незащищенных участков конструкций).

В работе предложен ряд математических моделей, описывающих снижение защитных свойств покрытий, в том числе:

dD/dt = - А(2 + гоб) , D (0) = 1 . ( 1)

HD/dt = - А(1 + m6)tb, D (0) = 1 . (2)

dD/dt = - A(l+m6)tb~1/(l+Atb/Ь)2, D (0) = 1.

В этих выражениях D - параметр, характеризующий защитные свойства рассматриваемого покрытия, причем в начальный момент времени (t=0) значение параметра принимается равным 1, а в момент полной потери покрытием защитных свойств D - DK; А - коэффициент, учитывающий влияние вида защитного покрытия и характера агрессивной среды; ш - коэффициент, учитывающий влияние уровня напряженного состояния на кинетику снижения защитных свойств покрытия; б - эк-

вивалентное напряжение. При отсутствии влияния напряженного состояния эти уравнения интегрируются аналитически. Для проверки применимости вышеприведенных моделей для описания кинетики снижения защитных свойств покрытий была проведена идентификация моделей с использованием экспериментальных данных для разных типов покрытий, и разных агрессивных атмосфер. Все модели обеспечивают хорошую точность описания соответствующих экспериментальных данных.

В работе предложена модель коррозионного износа конструкций с запретным покрытием в виде:

В этой формуле б - глубина коррозионного износа на поверхности конструктивного элемента после прекращения защитного действия покрытия, f [ ( t - t„), Т, б] - функция, описывающая кинетику изменения глубины коррозионного износа после потери защитным покрытием своих свойств. В качестве этой функции могут использоваться такие выражения:

f » к*П - exp (a(t - t„))] ; f = k*lg (a +(t - t„) ) ; f « k«(t - t„)n ; f = ( a2 +■ b(t - t„))1/2 - a ; ( 5 ) f « b(t - t„) / ( (t - t„) + R ).

Продолжительность инкубационного периода t„ может быть определена с использованием соответствующей модели снижения защитных свойств покрытия.При отсутствии влияния напряжений на кинетику снижения защитных свойств покрытий t„ определится из выражений:

- для модели 1 t, » (1 - DK)/A ,

- для модели 2 t„ » [(1 - DK)(b + 1)/A]1/Cbtl),

- для модели 3 t„ > t(l/DK- 1)*b/A]1/b .

Если кинетика коррозионного износа конструкций под защитным покрытием описывается с помощь» дифференциальных уравнений, то модель коррозионного износа конструкций с учетом снижения защит-

0 , при t < tK ;

f[(t - t„),T,6], при t > t, .

( 4 )

ных свойств покрытия может быть записана так:

{ 0 , при I < Ц ;

й8/<И = ( 6 )

[ ФЕ(Ъ - Ц,),Т,б], при г > Ц ,

где Р[СЪ - ).Т,б] - функция, описывающая кинетику изменения скорости коррозионного износа после потери защитным покрытием своих свойств.В качестве этой функции могут использоваться, следующие выражения:

Ф£б] = У0 + т»б ; Ф[Т,б] = У0ехр (Аб0Л?Т).

фе с г - ), б] = <лра - 1;и)*(1 + кб) .

Далее в главе рассмотрены методики расчета статически неопределимых ферм и рам с учетом коррозионного износа. Коррозионный износ вызывает уменьшение толщины и площади поперечных сечений стержневых элементов.Текущая площадь сечения элемента в момент I:

Р (1) = Р0 - ДР (и = Р0 (1 - кШ), ( 7 )

где Р0 - первоначальная площадь сечения; Д? (и - площадь, пораженная коррозией; которая может быть определена выражением: ДР (и = I * б (и , ( 8 ) где I - периметр зоны контакта сечения с коррозионной средой, - глубина коррозии, определяемая с использованием одной из моделей коррозионного износа.

Площадь сечения элемента в момент времени Ь + сК может быть выражена так : Р и + (Ш = Р Ц) - с1 Р (1) .

Изменение размеров сечений стержней приводит к изменению их жесткости и, в результате, к изменению усилий в связях и новому распределению усилий в статически неопределимой системе.При использовании метода сил система канонических уравнений в матричной форме запишется так: Б X + Др = 0, (9 ) где й-матрица коэффициентов канонических уравнений, Х-матрица - столбец (вектор) неизвестных; Др-матрица - столбец (вектор) грузовых членов.Для определения приращений лишних неизвестных сЗХд при малых приращениях площадей сечений стержней с!Р1 найдем дифференциал системы канонических уравнений (9):

О* X + Б X* ♦ Д% = 0. ( 10)

Здесь и далее индекс * означает дифференциал соответствующей

матрицы. Реиение уравнения (10) дает приращения лишних неизвестных

X* = - й"1 С Д% + 0*Х ) . ( 11)

Приращения усилий при изменении сечения элементов Н* = N X*, где Н - матрица усилий в основной системе от единичных неизвестных. Представляя закон изменения площадей в виде последовательности приращения площадей (ЗГ, и определяя каждый раз приращения усилий Н*, величину усилия в произвольный момент времени можем получить по формуле: Н = Мо+ Е Н*.

В третьей главе работы отмечается значительная трудоемкость расчета сложных стержневых конструкций с учетом коррозионного износа из-за необходимости в процессе расчета проводить непрерывный анализ кинетики изменения жесткостных характеристик практически всех элементов, слагающих конструкцию и рассматривается применение метода конечных элементов к расчету сложных стержневых конструкций. При этом используются следующие допущения: внешние воздействия относятся к квазистатическому типу; деформации малы, вследствие чего уравнения равновесия составляются для недеформированной схемы и на каждом шаге по времени решаются линейные задачи; расчетные элементы (стержни), соединяющие узлы системы считаются идеально прямыми в процессе всего процесса деформирования; г) учет возможной потери устойчивости сжатых стержней производится путем занижения предельных напряжений для сжатых стержней. Выведена матрица жесткости стержня, подвергающегося коррозионному износу.Разрешающее матричное уравнение метода конечных элементов для стержневой системы имеет вид:

[Е,]«!» - [ КШ ]( ч )} =0, (12)

и представляет собой систему алгебраических уравнений относительно неизвестных компонентов вектора узловых перемещений( q ).Здесь { )-вектор узловых нагрузок, [К(Ш - матрица жесткости всей системы в целом, СЕх 3 — диагональную матрица особого вида.

Для расчета стержневых систем под руководством доцента Волгоградской архитектурно-строительной академии Наумовой Г. А. разработан специальный алгоритм и программа расчета стержневых строительных конструкций, позволяющая формировать матрицы и векторы

основных матричных уравнений и получать результаты упругого расчета стержневых систем, элементы которых подвергаются коррозионному износу. Рассматриваются два случая воздействия коррозионной среды на стержневую конструкцию. В первой стержневые элементы подвергаются коррозионному износу сразу же после контакта рассчитываемой конструкции с коррозионной средой, причем напряженное состояние оказывает интенсифицирующее воздействие на скорость коррозии. Для этого случая решен ряд модельных задач (плоская стержневая система, пространственная стержневая система и пространственная решетчатая плита).Для плоской стержневой системы из 11 стержней результаты расчета напряжений в разные моменты времени приведены ниже.

Напряжения в стержнях в моменты времени

элемент 1=0,25 года 1=2 года 1=3,5 года

1 63, 4185 81,6458- 109, 9724

2 25, 7676 33,4189 45,1505

3 25, 2653 29,0760 33, 4392

4 52, 848В 70,0208 98, 7768

5 -24, 6132 -27,4549 -30, 4447

6 -66, 0670 -73,5494 -81,2601

7 -52, 8488 -64,6940 -79, 3762

8 -151, 5537 173.8423 196,3120

9 -68, 2004 -80,7439 -95,1430

10 -37, 8864 -46, 8698 -58,4182

И 19, 6906 22, 6133 25,9369

Видно, что коррозионный износ приводит к значительному увеличению уровня напряжений. Во втором случае считается, что сложная стержневая система защищена защитным полимерным покрытием, защитные свойства которого постепенно снижаются и, наконец, оно перестает выполнять свои защитные функции. Ввиду влияния напряженного состояния на кинетику снижения защитных свойств покрытий инкубационный период для каждого стержневого элемента будет свой и коррозионный износ различных стержней будет начинаться в разное время и протекать по разным законам. Для этого случая разработана блок-схема и методика расчета.

В четвертой главе' работы проанализированы результаты натурных исследований коррозионной стойкости узлов стержневых конструкций,

выполненных Я. А.Усенкуловым, Б. С. Бурабековым и Н. Б. Кудайбергеновым и показано,что наиболее подвержены коррозионному износу узлы сопряжения балок с колоннами и балок между собой, а также сварные соединения. Поэтому предложено учитывать не только равномерную коррозию поверхности элементов конструкций, но и локальную коррозию в узлах, приводящую к изменению расчетной схемы и могущую вызр^ь преждевременное наступление предельного состояния конструкции. Локальное коррозионное повреждение моделируется введением дискретной упругой связи, кинетика изменения жесткости которой отражает влияние коррозионной среды. Для описания кинетики изменения жесткости дискретной связи предложены модели вида:

dC/dt - -аехр(-ЬС) , С(0) = С0,

(13)

dC/dt « - kc", С(0) » С0,

в которых d, b, k - коэффициенты, зависящие от температуры, влажности и других факторов, характеризующих коррозионную активность внешней эксплуатационной среды.

Для модели развития локальных коррозионных повреждений общего вида dC/dt = f (t. С, Т, 6, а) ,где а- вектор коэффициентов, разработана методика идентификации, включающая два этапа: а) вводится некоторая функция, могущая служить подходящей мерой отличия результатов расчета по модели от исходных экспериментальных данных - так называемая целевая функция Ф(а);б) находятся такие значения а* вектора коэффициентов а, при которых целевая функция Ф(а*) достигает максимума или минимума, как условлено.В работе описаны некоторые известные методы поиска минимума функции Ф(а*), рассмотрена также проблема верификации моделей развития локальных коррозионных повреждений и предложено для обеспечения большей надежности прогноза использовать для этого не одну, а несколько моделей.

Расчет конструкций с учетом кинетики развития локальных коррозионных повреждений предложено вести шаговым методом ( последовательных возмущений параметров), определяя законы распределения усилий и напряжений в конце каждого шага и проверяя условия коррозионной устойчивости подозрительных сечений - не появится ли в этом сечении локальное коррозионное повреждение Блок - схема ал-

горитма расчета конструкций с учетом появления и развития локальных коррозионных повреждений имеет следующий вид :

Отдельный параграф посвящен расчету балочной многопролетной статически неопределимой конструкции, у которой образуются локальные коррозионные дефекты в наиболее напряженных сечениях. Расчет выполняется с использованием методики, основанной на сочетании шагового метода последовательных возмущений параметров и метода сил, уравнения которого на каждом шаге включают дополнительные слагаемые, учитывающие влияние изменения жесткости упру-

гих связей, моделирующих кинетику коррозионного разрушения.

Так как в процессе обследования сложных рамных конструкций, имеющих локальные коррозионные повреждения, не всегда удается получить достаточную количественную информацию о степени повреждения конструктивных элементов, что затрудняет применение дифференциальных моделей, описывающих изменение жесткостных характеристик, в работе предложено использовать упрощенный способ моделирования жесткости узлов. Суть способа в том, что эксперты (специалисты) на основании анализа проектной документации, визуального и инструментального исследования поврежденных конструкций относят узлы, зоны, имеющие локальные коррозионные повреждения, к той или иной фазе повреждения. В работе предложено три уровня состояния жесткости связей: "0"-неудовлетворительное состояние (связь отсутствует), "1" - удовлетворительное состояние, "2" - хорошее состояние связи. Далее предложено размещать в узлах с неудовлетворительным состоянием шарниры с нулезой изгибной жесткостью и производить расчет при разных (допустимых) вариантах расположения дополнительно вводимых шарниров.С использованием такой методики построены расчетные схемы поперечников рамного типа корпуса 94 Усольского ПО "Химпром"и выполнен расчет как по проектному состоянию, так и с учетом вероятных локальных повреждений элементов рамной конструкции. Анализ результатов расчета показал, что изме-' нсние расчетной схемы, могущее произойти при локальных повреждениях отдельных узлов рамы, приводит к значительному перераспределению усилий в раме, так что в некоторых сечениях растянутые волокна могут стать сжатыми и наоборот.Значения изгибающих моментов в отдельных сечениях могут измениться на величину до 272,1 тм. Такое перераспределение усилий в сечениях рамы может оказаться опасным для отдельных сечений и привести к преждевременному разрушению отдельных участков рамы (что собственно и произошло).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1.Диссертационная работа посвящена решению проблемы исследования поведения сложных стержневых конструкций с учетом распределенных и локальных коррозионных повреждений при наличии или отсутствии защитного покрытия.

2.Проведенный анализ литературы показал, что, несмотря на

рост публикаций, посвященных вопросам прочности и долговечности конструкций, подвергающихся воздействию коррозионных сред, многие стороны проблемы остаются ещб мало исследованными.В настоящее время существует достаточно много математических моделей, описывающих кинетику коррозионного износа металлических конструкций без защитных покрытий, но весьма мало моделей, описывающих коррозионный износ конструкций при наличии защитных покрытий (под защитными покрытиями); также мало моделей, описывающих кинетику снижения защитных свойств антикоррозионных покрытий и практически отсутствуют модели снижения защитных свойств покрытий, учитывающие влияние напряженного состояния на интенсивность снижения защитных свойств (хотя в экспериментах такой эффект имеет место и напряжения значительно сокращают долговечность защитных покрытий и увеличивают их проницаемость).

3. Предложены модели снижения защитных свойств полимерных защитных покрытий в виде дифференциальных уравнений, корректно описывающие экспериментальные данные и позволяющие учесть влияние различных интенсифицирующих факторов (в частности напряженного состояния) на кинетику деструкции покрытий.Найденные значения коэффициентов позволяют использовать ту или иную модель в зависимости от используемого типа покрытия и характера агрессивной внешней среды. Эти модели позволяют произвести корректную оценку продолжительности инкубационного периода, в течение которого не наблюдается коррозии защищаемого металла под покрытием.

4. Предложен способ описания кинетики коррозионного износа конструкций при наличии защитного покрытия, позволяющий использовать известные модели коррозионного износа, "включая" их после окончания инкубационного периода, продолжительность которого для разных точек поверхности конструктивных элементов зависит от уровня напряженного состояния.

5. Показано, что для расчета сложных статически неопределимых стержневых конструкций типа ферм, подвергающихся коррозионному износу, может использоваться метод сил в сочетании с шаговой процедурой уменьшения сечений с течением времени, а для расчета

- сложных статически неопределимых рамных конструкций может использоваться метод перемещений также в сочетании с шаговой (по времени) процедурой уменьшения геометрических характеристик поперечных сечений.Разработаны соответствующие методики расчета и выведены

необходимые формулы в матричном виде.

6. Предложенные методики и алгоритм расчета, основанные на использовании метода конечных элементов, позволяет проводить, корректный численный анализ кинетики изменения напряженно-деформированного состояния сложных плоских и пространственных стержневых, систем, подвергающихся коррозионному износу.

7.Анализ результатов решения модельных задач показывает, что коррозионный износ приводит к значительному изменению усилий и напряжений в элементах статически неопределимых стержневых систем Св отдельных стержнях плоской стержневой системы напряжения увеличиваются в 1,8 раза, а в стержнях пространственной стержневой системы в 1,89 раза).

8. Показано, что при расчете стержневых конструкций, подвергающихся коррозионному износу, необходимо учитывать не только равномерную коррозию поверхности элементов конструкций, но и локальную коррозию в узлах, приводящую к изменению расчетной схемы и могущую вызвать значительное перераспределение усилий и преждевременное наступление предельного состояния конструкции.Предложены модели, позволяющие описать особенности развития локальных коррозионных повреждений не только в узлах стержневых элементов конструкций, но и в местах локализованного (сосредоточенного) действия коррозионных технологических сред.

9.Расчет конструкций с учетом кинетики развития локальных коррозионных повреждений предложено вести шаговым методом (методом последовательных возмущений параметров), определяя законы распределения усилий и напряжений в конце каждого шага и проверяя условия коррозионной устойчивости подозрительных сечений - не появится ли в этом сечении локальное коррозионное повреждение. Если такой дефект появился, то он моделируется дискретной упругой связью ( упругим шарниром ) с некоторой жесткостью и далее расчет выполняется по измененной расчетной схеме с учетом введенной упругой связи.Установлено, что изменение расчетной схемы, могущее произойти при локальных повреждениях отдельных узлов стержневой конструкции приводит к значительному перераспределению усилий в ней, так что в некоторых сечениях растянутые волокна могут стать сжатыми и наоборот. Значения изгибающих моментов в отдельных сечениях могут измениться на значительную величину, что может ока-

заться опасный для отдельных сечений.

Основные результаты диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

1. Овчинникова Г.Н. Долговечность грубчатых конструкций под действием изгибающих нагрузок и коррозионных сред // Тез. докл. меж-республ. конф. "Численные методы решения задач строительной механики, теории упругости и пластичности", Волгоград. 1990,с.62.

2. Овчинников И. Г., Овчинникова Г.Н. Прочность, ползучесть и долговечность толстостенных труб, цилиндров, сосудов, подвергающихся воздействию нагрузки, температуры, агрессивной рабочей среды // Сарат. политех, ин-т. Саратов, 1990. -24 с.Дел. в ВИНИТИ 24.04.90 № 2200-В 90.

З.Овчинникова Г.Н. К расчету статически неопределимых ферм, подвергающихся коррозионному износу //Сарат.политех, ин-т. Саратов, 1991,9с. Деп. в ВИНИТИ 05.04.92 N 1477-В91.

4. Овчинникова Г.Н. Учет коррозии при оценке несущей способности стальных мостовых конструкций // Тез.докл. 9 обл. науч-техн. конф. "Теория и практика капитального строительства и подготовка инженерных кадров", Иваново, 1991, с. 7-9.

5. Овчинникова Г.Н., Овчинников И.Г. Влияние коррозии на несущую способность стальных балочных мостов.// Материалы 2 науч. техн. конф."Вопросы надежности и оптимизации строительных конструкций и машин", Севастополь/Симферополь 1992, с.64-65.

6. Овчинникова Г.Н. К расчету несущей способности изгибаемых конструкций с учетом локальных коррозионных дефектов.// Материалы Всероссийской науч. техн. конф. "Прочность и живучесть конструкций" , Вологда, 1993, с. 11.

7.Овчинникова Г.Н. Прогнозирование работоспособности статически неопределимых стержневых конструкций с учетом кинетики развития локальных коррозионных повреждений // Саратовский гос. техн. ун-т.Саратов, 1994.11 с.Деп. в ВИНИТИ 15.04.94 № 904 - В 94.

8. Овчинникова Г. Н. Моделирование поведения нагруженных конструкций в коррозионной среде с учетом снижения защитных свойств покрытия // Математическое моделирование и краевые задачи. Тезисы доклада научн.межвуз. конфер. Самара, 1995, с. 37.