Расчет на прочность

Для безопасности эксплуатации конструкций, их долговечности важно учитывать воздействие температурных, механических, иных факторов окружающей среды (влажность, коррозия и т.д.), различных нагрузок. Расчет конструкций на прочность предотвращает преждевременный износ, их разрушение, которые могут привести к авариям.

Для каких конструкций проводятся расчеты на прочность

Процедура применима в отраслях, где от надежности сооружений зависит безопасность людей и производственных процессов. Особенно данные требования касаются объектов, работающих в опасных условиях (ОПО), например, под высоким давлением или при повышенных температурах. 

К таким объектам относятся:

• оборудование на химических предприятиях;
• энергетические установки;
• сосуды под давлением;
• мосты;
• здания;
• трубопроводы;
• балки и прочие строительные конструкции;
• многие другие объекты, подвергающиеся действию силы тяжести, вибрации, прочим нагрузкам и механическим воздействиям. 

Проведение расчетов на прочность – комплексная инженерная задача, направленная на оценку способности изделия выдерживать различные виды нагрузок: статические, динамические, температурные, вибрационные и другие.

Испытания проводятся на различных этапах жизненного цикла изделия:

1. На стадии проектирования – для определения оптимальных материалов, геометрических характеристик и конструктивных решений, перед изготовлением прототипа (для подтверждения расчетных данных экспериментально и внесения корректировок).
2. Перед вводом в эксплуатацию для подтверждения соответствия проекту (сравнивают расчетные данные с проектными, чтобы убедиться, что сооружение построено согласно проектной документации, способно выдерживать расчетные нагрузки).
3. На стадии эксплуатации – при изменении условий эксплуатации (например, при увеличении нагрузки, изменении температуры или влажности), после кап. ремонта или модернизации, при обнаружении дефектов.

Также расчеты проводятся при сертификации – проверке соответствия изделия требованиям нормативных документов, получения разрешения на его выпуск в обращение и использование.

Расчет на прочность: нормативная база

Рассчитать прочностные показатели можно в ходе испытания, в ходе которого проверяется соответствие различным стандартам. При выполнении расчета на прочность документ определяется в зависимости от вида объекта оценки, например:

• для сосудов, промышленных аппаратов – ГОСТ 14249-89;
• днищ и крышек сосудов – ГОСТ 25221-82;
• обечаек и днищ сосудов – ГОСТ 26202-84;
• арматуры для трубопроводов – ГОСТ 34724-2021;
• тепловых сетей (определение прочности, устойчивости к сейсмическим нагрузкам) – ГОСТ Р 55596-2013;
• колесных пар железнодорожного транспорта – ГОСТ 31373-2008;
• трубопроводов – РД 10-249-98, РД 10-400-01, СП 33.13330.2012, ГОСТ 32388-2013 и др.

Нормативно-правовая база, применяемая для расчетов, регламентирует процесс проектирования, строительства, эксплуатации различных сооружений и конструкций. Нормативные документы определяют требования к прочности, устойчивости, надежности объектов, а также методы испытаний.

Правила расчета на прочность

Для испытаний используют различные методы:

• аналитические – анализ основан на применении математических моделей;
• численные методы – используются для решения сложных задач с помощью калькуляторов и компьютерных программ (например, метод конечных элементов);
• экспериментальные – проводятся на физических моделях или прототипах, предусматривают испытания на прогиб при нагружении конструкции и другие.

При расчете на прочность изделия используются только нормативные (предельно допустимые) значения характеристик и нагрузок. Полученные результаты позволяют определить необходимые размеры сечений элементов, гарантирующие безопасную эксплуатацию. В зависимости от специфики объекта, дополнительно проводятся испытания на жесткость и устойчивость, обеспечивающие функциональность, долговечность сооружения.

В ходе исследований учитываются не только кратковременные перегрузки, но и долгосрочные процессы деформации и разрушения материала, вызванные физическим износом, коррозией, другими естественными факторами. Каждый материал по-своему реагирует на различные виды нагрузок (напряжение при сжатии, растяжение, изгиб, кручение). Поэтому нужно учитывать свойства конкретного материала, выбирать соответствующие коэффициенты и нормативы.

Анализ проводится для отдельных конструктивных элементов, а также для изделия в целом. Полученные результаты сравниваются с нормативными значениями, что позволяет оценить прочностной запас и долговечность.

Особенности составления расчетов 

После расчета на прочность оформление результатов в протоколе и ином официальном документе – обязательная процедура. Вместе с протоколами испытаний на прочность к объекту прилагаются:

• тех. паспорт изделия;
• эксплуатационные руководства;
• инструкции по монтажу оборудования (ремонту, наладке);
• обоснование безопасности (для техники, эксплуатируемого на ОПО – данные требования предусмотрены регламентами ТР ТС 010/2011. 032/2013);
• тех. условия (ТУ), которые разрабатывают производители при отсутствии подходящего стандарта (ТУ можно зарегистрировать при необходимости);

Перед эксплуатацией оборудования или иного объекта персонал должен быть ознакомлен с документацией для соблюдения установленных в ней требований.

Кроме проектных расчетов на прочность, протоколов проведенных испытаний и обязательных разрешительных документов (сертификатов, деклараций), производители (поставщики) могут получить добровольные сертификаты на соответствие ГОСТ/ТУ, а также подтверждающие пожарную безопасность изделия. 

Добровольная сертификация повышает конкурентоспособность, укрепляет доверие заказчиков к продукции, формирует репутацию.

Вся продукция должна быть промаркирована. Этикетка разрабатывается согласно нормам ТР ТС, ГОСТ. Некоторые изделия подлежат маркировке в системе «Честный знак».

Дополнительное преимущество – сертификация систем менеджмента на производстве, что предусматривает оценку по стандартам ИСО 9001, 14001, 45001, 22000 и др.

Получить помощь в оформлении любых документов, проведении испытаний можно, обратившись в центр «Гортест Урал». Консультации экспертов бесплатные, подавайте заявки.