Основные виды внешних воздействующих факторов

В процессе эксплуатации на технические объекты действуют Различные внешние воздействующие факторы (ВВФ), которые могут существенно различаться как по виду, так и по уровню. Среди ВВФ, называемых также нагрузками, принято различать механические, климатические, химические (специальные среды), электромагнитные, радиационные, биологические и др. В соответствии с существующими стандартами все ВВФ разделяются на девять групп. Примерная структура ВВФ представлена в табл. 4.1.

Таблица 3.1. Виды воздействующих факторов.

Воздействия

Механические

Климатические

Биологичес-кие

Специаль-ные среды

Ионизирующие и электромагнит- ные излучения

Статистические

Акустические

Растяжение

Сжатие

Изгиб

Кручение

Срез

Вдавливание

Удар

Вибрация

Линейные ускорения

Акустический шум

Температура

Влажность

Примеси в воздухе

Солнечное излучение

Атмосферное давление

Грибковые образования

Термиты

Грызуны

Газы и пары

Растворы

Кислоты

Гамма-излучение

Электронное излучение

Протонное излучение

Электромагнитные волны

Механические нагрузки в основном представляют собой рабочие нагрузки, которые передаются на отдельные части изделий от смежных деталей, узлов, рабочих тел (жидкости, газа) и от движе­ния в составе изделия. К механическим нагрузкам относится также акустический шум.

Механические нагрузки разделяют на статические и динамические. Динамические нагрузки характеризуются высокой скоростью изменения, поэтому влияние сил инерции на реакцию объекта является существенным, а иногда и преобладающим. Статическими считаются нагрузки настолько медленно изменяющиеся, что силами инерции можно пренебречь.

Наиболее существенное влияние на работоспособность оказывают вибрация и удары, вызывающие повышенный уровень напряжений, усталостное разрушение, нарушение соединений.

В общем случае все механические свойства изделий тесно связаны с механическими свойствами материалов. Поэтому основные параметры, подлежащие контролю в большинстве случаев характеризуют механические свойства материалов - прочность, пластичность, твердость, выносливость, ударную вязкость, трещиностойкость.

Климатические воздействия включают в себя температуру, влажность, солнечное излучение, атмосферное давление, примеси в воздухе.

Большое число изделий работает в условиях повышенных (до 500°С и выше) или низких (до - 100°С и ниже) температур. Отдельные изделия (элементы авиационных и ракетных двигателей, ядерных реакторов, криогенных установок, космических аппаратов) работают при экстремальных температурах (в диапазоне от - 270 до + 1600°С). Температурное воздействие может быть стационарным (при установившемся режиме теплообмена), периодическим (при циклической работе изделия, суточном изменении температуры) и непериодическим. Изменение температуры может изменять физико-химические и механические свойства материалов.

Влажность - один из наиболее опасных климатических факторов. Изменение влажности может изменять физико-химические и химические свойства материалов: ускорять коррозию металлов, изменять электрические характеристики диэлектриков, вызывать тепловой распад и снижение механической прочности материалов. Влажность вызывает токи утечки и короткое замыкание в электрических цепях приборов и аппаратуры. Особенно сильное разрушающее воздействие вызывает влага, содержащая соли и кислоты (дождь, морская вода и морской туман).

Влажность сильно зависит от температуры. Для большинства процессов относительную влажность (процент максимально возможной влажности) оценивают по приближенной шкале: 30% - очень сухо; 40 - 50% - сухо; 60 - 70% - нормально; 80% - влажно; до 100% - очень влажно.

Примеси в воздухе (пыль, песок, дым) могут вызывать нарушение функционирования электрических элементов, вызывать механические повреждения, усиливать коррозионные процессы и износ. Дым, содержащий серу, в соединении с влагой образует кислоты и другие вредные химические соединения.

Механические и климатические воздействия во многих случаях действуют одновременно, что вызывает усиление разрушающего эффекта. Этот эффект тем значительнее, чем больше число воздействующих факторов и время их воздействия.

Биологические воздействия в сильной степени влияют на работоспособность изделий из неметаллов. Пластмассы, дерево, кожа, резина подвержены разрушению от плесени, насекомых, грызунов. Для органических материалов особенно опасны термиты. Повреждение электрической изоляции от биологических факторов приводит к выходу из строя электротехнических и радиоэлектронных изделий.

Специальные среды представляют собой пары и растворы химически активных веществ. Изделия, работающие в таких средах, должны иметь повышенную стойкость к ним, и подвергаются соответствующим испытаниям. Обычно используются ускоренные испытания, для чего увеличивают концентрацию активных веществ в растворах, повышают температуру и влажность. Для повышения стойкости изделий изменяют условия эксплуатации, применяют стойкие покрытия и специальное конструктивное исполнение изделий.

Радиационные и электромагнитные излучения действуют на изделия космической и ядерной техники. К ним относятся гамма-излучение, нейтронное, электронное, альфа-частицы, электромагнитные поля. Наибольшее влияние оказывают гамма-излучение и нейтронный поток. В частности, нейтронное облучение существенно повышает твердость и сопротивление разрыву некоторых металлов. Сильные электромагнитные поля, создаваемые радиолокационными станциями и мощными электрическими установками, могут нарушать работу электронной аппаратуры.

Сочетание свойств изделий, определяющих их способность сохранять работоспособное состояние и (или) внешний вид в пределах, установленных нормативно-технической документацией (НТД) в условиях действия и (или) после действия ВВФ, принято называть стойкостью к ВВФ.

Требования к техническим изделиям в части стойкости к различным группам ВВФ при эксплуатации устанавливаются различными нормативными документами на изделия (стандартами, ТУ, нормами прочности и т.д.).

Для оценки стойкости изделий к действию различных групп ВВФ проводят испытания, которые соответственно называются механическими, климатическими, химическими и т.д.

Наиболее распространенными и существенными являются механические ВВФ. Для оценки их действия на изделия разработано значительное количество стандартных методов испытаний. Относительно небольшое количество стандартных методов испытаний в настоящее время разработано для оценки действия климатических и химических ВВФ. Для остальных ВВФ используются методы испытаний, предусмотренные техническими требованиями и J стандартами на конкретное изделие или класс изделий.

Далее рассматриваются наиболее распространенные виды испытаний - механические испытания. Принято различать испытания материалов и испытания изделий (конструкций). При испытаниях изделий объектом испытаний является изделие в целом, либо отдельные узлы, агрегаты или их физические модели, а при испытаниях материалов испытываются только стандартные образцы и реже - отдельные детали изделий. В зависимости от скорости изменения механических нагрузок во времени испытания разделяются на статические и динамические.

Вопросы для самопроверки:

1. Перечислите виды воздействующих факторов.

2. Что представляют собой механические нагрузки

3. Охарактеризуйте динамические и статические нагрузки.

4. Что включает в себя климатические воздействия?

5. Что понимают под влажностью?

6. Как влияют примеси в воздухе на работоспособность?

7. Что представляют собой специальные среды?

8. Что нужно сделать, чтобы оценить стойкость изделия к различным воздействиям?