Об основных направлениях научной деятельности кафедры «Прикладная механика и подъемно-транспортные машины»

2. Кафедра «Прикладная механика и подъемно-транспортные машины» была об­разована 1 апреля 1997 г. приказом ректора академии (№ 132-С от 26.03.96) на базе кафедр «Прикладная механика» и «Подъемно-транспортные машины и судовое оборудование» (зав. кафедрой д. ф.-м. н., профессор И.А. Волков, зам. зав. кафедрой к. т. н., доцент, А.Ф. Кирилов). При выборе основных научных направлений новой кафедры, в первую очередь учитывались исторически сложившиеся научные направления и научные школы базовых кафедр. В настоящее время научная деятельность кафедры «Прикладная механика и подъемно-транспортные машины» ведется по следующим основным направлениям:

Оценка надежности и ресурса грузоподъемных машин (ГПМ) физическими методами (дефектоскопия, ультразвуковой контроль (УЗК), метод акустической эмиссии (АЭ), натурные испытания) (А.Ф. Кирилов). Данное научное направление развивается в тесном научном содружестве с Нижегородским центром технической диагностики, экспертизы и сертификации (В.А. Тамаров), экспертным отделом ОАО «ГАЗ» (В.И. Лобов) и ООО «Мекорд» (Ю.И. Гладунко).

Грузоподъемные машины относятся к сложным техническим системам на стадиях проектирования, производства и эксплуатации, для которых необходимо решение целого комплекса задач в области прочности, надежности и ресурса.

По данным Госгортехнадзора России, парк ГПМ значительно постарел, и к настоящему времени около 80 % ГПМ выработали нормативный срок службы [4]. У большинства владельцев ГПМ в настоящее время отсутствуют финансовые возможности для обновления ГПМ, их модернизации и замены изношенных узлов. С целью определения технического состояния ГПМ, отработавших нормативный срок службы, возможности и условий их дальнейшей эксплуатации организовано и проводится их массовое экспертное обследование.

В период с 1993 по 2000 гг. в Нижегородском регионе было выполнено с применением различных физических методов свыше 3500 обследований ГПМ различных типов, отработавших нормативный срок службы. Были обнаружены дефекты следующих типов: трещины металлоконструкций ГПМ, коррозия несущих узлов металлоконструкций, дефекты механизмов и электрооборудования. Причины возникновения указанных дефектов определялись в каждом конкретном случае, что позволяло судить о качестве изготовления конструкции и условий ее эксплуатации. Большое количество дефектов, обнаруженных в механизмах и электрооборудовании свидетельствует, что существующая на сегодняшний день методология полного обследования как несущих металлоконструкций, так механизмов и систем подъемных сооружений способствует повышению безопасности эксплуатации ГПМ. Однако количество обнаруженных дефектов и число повторно проведенных обследований не может быть теоретической основой для создания научно обоснованной инженерной методики оценки выработанного ресурса ГПМ.

Доминирующим механизмом исчерпания ресурса ГПМ является исчерпание ресурса металлоконструкции (МК). Исследование несущей способности МК подъемнотранспортной техники традиционно уделяется значительное внимание, учитывая ее потенциальную опасность в эксплуатации, уникальность конструктивных решений и сложные режимы нагружения. Для кранов основным механизмом является усталость (малоцикловая усталость в местах значительной концентрации напряжений, где возможны знакопеременные пластические деформации, многоцикловая усталость в пределах упругой работы материала) и коррозионные повреждения различной природы. Так, например, наблюдения показали, что в подкрановых конструкциях, запроектированных на номинально упругие напряжения, возникает наибольшее количество повреждений из-за малоцикловой усталости в зоне верхнего пояса. В сварных балках продольные трещины начинаются, как правило, в околошовной зоне или в сварном шве и развиваются далее по стенке. В клепанных подкрановых балках наибольшее количество повреждений также наблюдается в зоне верхнего пояса.

К сожалению, в настоящее время отсутствует единая научно обоснованная методика оценки выработанного и прогноза остаточного ресурса крановых конструкций. Существующие в настоящее время подходы к оценке прочности и ресурса металло­конструкций кранов базируются на теории предельных состояний. Однако, знание только предельных состояний конструктивного узла объекта не позволяет ответить на вопрос, как скоро эти предельные состояния будут достигнуты и как они изменяются в результате процессов накопления повреждений в материале конструктивного узла в зависимости от истории эксплуатации объекта.