Сущность ресурсной механики

Долгие годы обеспечение надежности технологических машин при проектировании было опосредствовано через оценку напряженно-деформированного состояния элементов конструкций и обоснование их запасов прочности n_s. Регламентировано минимальное значение этой величины – несколько большее единицы. По максимуму величина ns не ограничена. Фактически она устанавливается из конструктивной целесообразности, чтобы соблюсти требуемые параметры механизмов. Невзирая на произвольно сформированные таким подходом многократные запасы прочности, оборудование не застраховано от внезапных разрушений.

Привлечение в инженерную практику вероятностных методов расширило трактовку запасов прочности. Понимание того, что при n_s =1 разрушение произойдет в 50% случаев, снизило степень консерватизма при проектировании, но, естественно, не повысило безопасность. Вероятностная трактовка запаса прочности, несмотря на ее результативность по сравнению с детерминированной оценкой, не дает возможности судить об ожидаемом числе разрушений, и значит, не дает возможности нормировать величину n_s..

В этом аспекте более продуктивен такой показатель, как вероятность безотказной работы (ВБР) или безопасность R. Обычно они трактуются, как вероятность того, что несущая способность (прочность) конструкции s превышает действующую на нее нагрузку S, то есть – вероятность события s - S > 0. Подобная интерпретация безусловно справедлива для отказов внезапного типа, но распространение ее на постепенные отказы (усталость, износ) некорректно, поскольку здесь векторы s и S перестают быть независимыми.

Этих недостатков лишен ресурсный подход, при котором ВБР устанавливается при сравнении пары наработка n_S - долговечность n₀ [6]. Необходимость создания экономного по материало- и энергоемкости оборудования, переход к системе его обслуживания по фактическому техническому состоянию, вынужденное стремление обезопасить выработавшие амортизационный срок конструкции, которые невозможно заменить, заставили обратиться к более ясным для потребителя показателям ресурсного происхождения. Изучение физической природы надежности материалов и конструкций привело к появлению новых уравнений предельного состояния. Процессы развития повреждений различного типа и природы могут быть объединены в рамках ресурсной механики, которая характеризуется такими

Идея реализации машин посредством принципами.

1. Проектирование на заданный ресурс, когда размеры сечений устанавливаются по долговечности, а не проверяются по запасам прочности.

2. При эксплуатации поддержание безопасности осуществляется по концепции поэтапного назначения ресурса.

3. При этом ВБР оценивается на основании ресурсного подхода.

Таким образом, ресурсная механика машин изучает ресурсные свойства, как механических систем в целом, так и ее элементов в отдельности.

В отличие от аппарата запасов прочности, ресурсная механика эффективно воспринимает новые возможности по углублению расчетов, открывающиеся с появлением современных пакетов автоматизированного проектирования. Иходя из концепции поэтапного назначения ресурса, методология его оценки должна обладать свойством уточнения прогноза. То есть параметры рассеяния итоговой функции распределения долговечностей должны быть чувствительны не только к изменению средних исходных показателей эксплуатационного процесса и сопротивляемости механической системы, но и к вариации этих показателей, вследствие наработки.

Суть ресурсной механики состоит в том, что объекты проектируются на гарантированно назначенный ресурс, а в процессе эксплуатации, благодаря идентификации моделей старения (выявление детерминированной компоненты в априорно стохастических свойствах эксплуатационного процесса и механической системы), происходит переоценка технического состояния, устанавливается более точный (с меньшим рассеянием) исходный ресурс, а далее определяется последовательность остаточных ресурсов. Это дает возможность спроектировать материалоэкономное изделие с требуемым уровнем надежности, а на стадии эксплуатации – обеспечить безопасность при наиболее полном исчерпании ресурса (рис.8.1, часть 1).