Аналіз ушкодженості матеріалу конструкцій

Abstract

Здатність матеріалів зберігати необхідний набір властивостей при дії на конструкцію експлуатаційних навантажень, визначається змінами структури, які виникають при таких навантаженнях.

З перших днів експлуатації при дії силових факторів, навколишнього середовища та часу міцністні та деформаційні властивості конструкцій будівель та споруд змінюються.

Рішення головної задачі будівельної науки – зниження матеріалоємності в будівництві, нерозривно зв’язане з необхідністю постійного вивчення та уточнення міцностних і деформативних характеристик будівельних матеріалів і конструкцій, а також зміною несучої здатності конструкцій з часом і оцінка резерву працездатності (ресурсу) при заданих зовнішніх силових навантаженнях. Виходячи із принципового положення про те, що при дії навантаження в матеріалі конструкції проходить процес деформування, який супроводжується необоротними процесами – з’явленням, розвитком та накопиченням ушкоджень структури матеріалу, які внаслідок приводять до руйнування, приходимо до висновку о необхідності старанного вивчення міцності дерев’яних конструкцій з урахуванням цього явища.

Назріла необхідність всебічно дослідити питання накопичення ушкоджень в дерев’яних конструкціях при дії навантаження, та зв’язані з цим процеси зміни площі поперечного перерізу та несучої здатності і використати результати дослідження при розрахунку конструкцій. Це дає можливість знизити матеріалоємність та зробити перерізи дерев’яних конструкцій більш економічними, а також дозволяє уникнути надмірних запасів міцності.

Тому є важливим виявленням фіксація тріщин і внутрішніх поверхонь розділу матеріалу, що дозволяє кількісно оцінити інтегральне пошкодження матеріалу конструкції для прогнозування його безпечного функціонування.

Авторами розглянуті аналітичні залежності для опису десемінірованих ушкоджень, які витікають із фізичних міркувань, або будуються із деяких механічних моделей процесу тривалого руйнування. Були видані три основні типи моделей: силові, деформаційні та енергетичні.

Проведені експериментальні дослідження епюри нормальних напружень дають можливість візуально зафіксувати утворення складок в стиснутій зоні, а також вирахувати значення миттєво-пружної та в’язко-пружної складової повної деформації.

Міра накоплення ушкоджень в матеріалі – ушкодженість. В даній роботі ушкодженість була вирахувана по відомим конкретним параметрам матеріалу: по прогинам, відносним деформаціям та зміні кількості сигналів акустичної емісії.

Побудовані графіки залежності ушкодженості від навантаження:

- по розвитку прогинів;

- по розвитку фібрових деформацій;

- по розвитку прогинів та акустичній емісії (відносне навантаження);

- по розвитку фібрових деформацій (відносне навантаження).

Ця наукова робота є логічним продовженням попередніх досліджень ушкоджень дерев’яних конструкцій. В статті приведені результати експериментальних досліджень міцності та деформування дерев’яних балок при дії статичних навантажень. Напрям удосконалення методики проектування конструкцій із деревини та визначення залишкового ресурсу їх ще не знайшли відображення в технічній літературі. Тому необхідно проводити його всебічне дослідження.

The ability of materials to retain the required set of properties under the action of operational loads on the structure isdetermined by the structural changes that occur under such loads.From the first days of operation, under the influence of force factors, the environment and time, the strength anddeformation properties of structures of buildings and structures change.The solution to the main task of construction science - reducing material consumption in construction, is inextricablylinked with the need for constant study and refinement of the strength and deformation characteristics of buildingmaterials and structures, as well as a change in their bearing capacity over time and an assessment of the workingcapacity (resource) reserve when setting an external power load. Based on the fundamental position that under theaction of a load, a deformation process occurs in the construction material, which is accompanied by irreversibleprocesses of their appearance, development and accumulation of damage to the structure of the material, and, as aresult, leads to destruction, we come to the conclusion that it is necessary to carefully study the strength of woodendesigns taking into account this phenomenon.There is a need to comprehensively study the issues of damage accumulation in wooden structures under the actionof loads and the related processes of changing the cross-sectional area and bearing capacity, to use the research resultswhen calculating structures. This makes it possible to reduce material consumption and make the sections of woodenstructures more economical and avoid excessive safety margins.Therefore, an important manifestation is the fixation of cracks and internal interfaces, which allows one to quantify theintegral damage of the structure material to predict their safe functioning.The authors considered analytical dependences for the description of disseminated injuries that follow from physicalconsiderations or are constructed from some mechanical models of the process of long-term damage. Three main typesof models have been identified: force, deformation and energy.Experimental studies of normal stress diagrams make it possible to visually record the formation of folds in thecompressed zone, as well as calculate the value of the instantaneous elastic and viscoelastic components of totaldeformation.A measure of the accumulation of damage in a material is damage. In this work, the damage was calculated basedon the known specific parameters of the material: deflections, relative deformations and changes in the number ofacoustic emission signals.The graphs of the dependence of damage on the load were built:- on the development of deflections;- on the development of fibrous deformations;- on the development of deflections and acoustic emission (relative load);- on the development of fibrous deformations (relative load);This scientific work is a logical continuation of previous studies of damage to wooden structures. The article presentsthe results of experimental studies of the strength, deformability of wooden beams under the influence of a static load.The direction of improving the methodology for designing wooden structures and determining the residual resourcehas not been reflected in the technical literature. Therefore, it is necessary to conduct a comprehensive study of them.