Предупреждение и предотвращение разрушений инфраструктуры
ТЕКУЩИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ФИЗИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Окружающая нас инфраструктура создана преимущественно в 50-70 годах XX века - с её устареванием заметно повышаются риски эксплуатации. Увеличивает их и то, что в инженерно-технической сфере наблюдается нехватка высококвалифицированных специалистов.
Цифровое моделирование разрушения инфраструктуры позволяет в несколько раз повысить надежность, безопасность и эффективность эксплуатации
В результате работ будут выявлены вероятные место и время разрушения каждого элемента инфраструктуры - и будет составлена оптимальная программа использования и ремонта
Часть 1. Последствия аварии на Норильском Никеле
Часть 2. Кто заинтересован в построении систем цифрового управления безопасностью и надежностью
ВИДЫ МОДЕЛИРУЕМОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ
Технология применяется для создания цифровых двойников жизненного цикла зданий и сооружений: их рабочих нагрузок, конструкции, материалов и условий эксплуатации.
Уникальной особенностью является потоковая обработка большого объёма сведений - использование технологии на крупнейшей инфраструктуре мира показало высокий результат.
Технология позволяет снизить аварийность и удельные затраты на владение инфраструктурой от 2-х до 10 раз.
НАЗНАЧЕНИЕ И ОСОБЕННОСТИ
Технология предназначена для осуществления мониторинга, оценки, анализа, прогноза и программирования состояния инфраструктуры
ВНИМАНИЕ К ДЕТАЛЯМ
Поэлементная детализация цифрового двойника учитывает отдельные конструктивные элементы, их соединения , а также условия их эксплуатации. Это позволяет добиться высокой точности в выявлении мест и времени разрушения на основе отклонений фактических значений от теоретических показателей прочности и долговечности.
ИНТЕГРАЦИЯ ЗНАНИЙ В ОДНУ ЦИФРУ - СРОК ДО РАЗРУШЕНИЯ
Содержание цифрового двойника обогащается потоками данных:
контроля линейных и угловых ускорений испытываемых конструкцией
по ранее изученным дефектам и сведениям по осуществленным мероприятиям
рабочим постоянным и переменным нагрузкам
состоянию окружающей среды
ДАННЫЕ
Цифровой двойник обогащается потоками данных:
Постоянная и переменная эксплуатационная нагрузка
Ранее известные дефекты и принятые меры
Контроль линейного и углового ускорения
РАННЕЕ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
Цифровой двойник позволяет выявлять и предупреждать возникновение аварийных и/или "узких" мест, снижающих надежность, безопасность конкретного объекта инфраструктуры на всех стадиях жизненного цикла.
Результатом сбора и оцифровки документации является цифровой журнал элементов и их конструктивных связей.
Электронный журнал представляет собою простую электронную таблицу в формате MS Excel, с хорошей читаемостью, редактируемостью и готовностью к дальнейшей машинной обработке.
СБОР И ОЦИФРОВКА ДОКУМЕНТАЦИИ
Перевод в электронную форму
Бумажные схемы
Исходной информацией может служить проектная документация, сохранившаяся только на бумажном носителе. Часто это типовые проекты конструкции.
Перевод в стандартный формат
Электронные схемы
Предварительный анализ и построение математическое модель "идеальной" конструкции. Оценка предполагаемых нагрузок и напряжений, отклонения от которых при фактических измерениях будут сообщать полезную информацию о несоответствии проектного и фактического состояния объекта (незаконные нарушения целостности трубы, повреждения и пр.).
Оцифровка дефектов мероприятий
Журналы эксплуатации
Технология не является только лишь методом дефектоскопии. Ее назначение - интегрировать данные об элементах конструкции и прошлых/существующих дефектах в единую модель, имеющую множество применений: от ранжирования рисков по степени опасности до снижения удельных затрат на эксплуатацию
Выбор места измерений
Точки контроля
Для определения фактического состояния элементов конструкции используются приборы, фиксирующие линейные и угловые перемещения. Сведения о фактических перемещениях собираются выборочно в контрольных точках конструкции (в разветвлениях). В дельнейшим от этих точек будут восстановлены перемещения всех элементов конструкции.
Разбиение для расчета
Схема конструкции
В случае сложных разветвленных конструкций для ускорения расчетов может быть использовано разделение на несколько участков. Данное разделение не нарушает целостности оценки поведения всей конструкции в целом.
Визуализация элементов
Первичная 3D-модель
Один из результатов оцифровки конструкции - ее первичная визуализация. Для этих целей разработана специальная программа. Ее отличительная особенность среди программ BIM-моделирования - открытая и документированная спецификация модели (файла с табличными данными) цифрового двойника конструкции объекта, а также учет соединений и дефектов.
Выполнение измерений
На данной стадии проводятся измерения линейных и угловых ускорений в контрольных точках. Их цель - последующая оценка фактических динамических нагрузок для сравнения с проектной моделью объекта.
РАСЧЕТЫ ПРОЧНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ
Основная часть работы состоит в интеграции результатов измерений и структурных схем в постоянно-действующую математическую модель объекта (цифровой двойник), целевая функция которой - определение места и времени разрушения каждого из элементов конструкции
По результатам приборных измерений восстанавливаются спектры перемещений и углов поворота контрольных точек. Алгоритмы цифровой обработки сигналов: преобразование Лапласа, методы спектрального анализа (Б.Голд, Ч.Рейдер, Р.Лайонс, Л.М. Гольденберг, А.Б. Сергиенко и др. )
Распределение перемещений, углов поворота, вращающих моментов и сил по длине
Алгоритмы расчета балок на упругом основании, адаптированные для конструкции. (А.Н. Крылов, В.И. Феодосьев, Ю.Н. Работнов и др. )
Расчет напряженно-деформированного состояния
Классические и современные алгоритмы расчета напряженно-деформированного состояния с учетом концентрации напряжений (В.И. Феодосьев, Ю.Н. Работнов, труды кафедр технологии сварки ЛПИ, МГТУ им. Н. Э. Баумана, ЧПИ, ИЭС им. Е. О. Патона и др. )
Расчет интенсивностей отказов
Используется метод локальных напряжений – инженерная теория прочности и долговечности
Расчет предельных сроков эксплуатации до ремонта
Интегрирование частоты и цикличности напряжений
Финальный отчет
По-элементное представление оценки физического износа, сроков проведения и видов диагностики и ремонта.
ФИНАЛЬНЫЙ ОТЧЕТ И 7D-МОДЕЛЬ
Результатом работ является интерактивный отчет с заключением и цифровой двойник объекта в форме открытого табличного файла, содержащего динамические характеристики конструкции, а также специального просмотрщика для его визуализации.
СТРУКТУРА ФИНАЛЬНОГО ОТЧЕТА И ЗАКЛЮЧЕНИЯ
Вводная часть
Включает основания и предмет оценки разрушения. Цель работ. Фактические этапы работ. Сведения по исходным данным.
Сведения по измерениям
Время и места проведения измерений. Подтверждающие документы.
Схема объекта
Пространственная модель. Поэлементный журнал. Статистика по видам элементов.
Порядок расчетов
Разделение на расчетные участки. Порядок и результаты расчета.
Выводы
Оценка интенсивности отказов. Физического износа и темпа старения. Предельных сроков ремонта. Ранжирование элементов по степени опасности (аварийности).
Рекомендации
Выводы о причинах отказов элементов конструкции. Виды целесообразных мероприятий по эксплуатации. Программа эксплуатации и ремонтов.
https://www.youtube.com/watch?v=0vKpreeCjNo; Пояснение 4D-модели технологического трубопровода; 1:18; Тонкая линия - проектное положение трубопровода. Толстая линия - фактическая вибрация. Серыми полосками отмечены крепления. Желтыми точками - места выполненных измерений. Серыми линиями - опоры.
https://youtu.be/VgmQpT944uo; Модель сложной конструкции трубопровода; 2:30; Моделирование позволяет оценивать поведение и разрушение конструкций любой сложности.
https://youtu.be/fL00Mmb9igQ; Поведение внутридомового трубопровода многоквартирного дома; 0:55; Несмотря на большую протяженность конструкции - место ожидаемого разрушения концентрируется в небольшой части и часто связано с неверным закреплением.
https://youtu.be/78JQ1doA-jg; Поведение внутридомового трубопровода многоквартирного дома; 0:18; Динамические нагрузки испытываемые инфраструктурой не явны и являются источником развития дефектов, напряженно-деформированного состояния, а в конечном итоге разрушения.
https://youtu.be/VYh31jQekk4; Сравнительное поведение одинаковых конструкций в разных условиях; 0:37; Срок жизни одинаковых конструкций, произведенных и построенных в одно время, расположенных в соседних местоположениях, находящихся под одной рабочей нагрузкой - может отличаться в несколько раз и значительно отличаться от проектных расчетов.
Мы приглашаем к сотрудничеству всех, кто заинтересован в повышении надёжности и безопасности инфраструктуры