Теория надежности

Содержание

1. Теория надежности

2. Коррозия. Виды влияния на свойства материалов

Список литературы

1. Теория надежности

Теория надежности - это наука, изучающая закономерности распределения отказов технических устройств, причины и модели их возникновения [1, 8 c].

Теория надежности изучает методы обеспечения стабильности работы объектов (изделий, устройств, систем и т.п.) в процессе проектирования, производства, приемки, эксплуатации и хранения. Устанавливает и изучает количественные показатели надежности. Исследует связь между показателями эффективности и надежности.

Современная теория надежности охватывает широкий круг вопросов, а именно: разработка технических условий и требований, предъявляемых к техническим системам; построение этих систем; организация их эксплуатации, технического обслуживания и ремонта; замена изношенных и др.

Проблемы, охватываемые теорией надежности, условно можно разделить на два взаимосвязанных направления:

- физические основы надежности (связаны с изучением физико-химических свойств и параметров элементов изделий, происходящих в них физико-химических процессах, приводящих к отказам);

- математическая теория надежности (основана на изучении статистических, вероятностных закономерностей отказов).

Перспективное направление развития теории надежности определяется сочетанием математических методов с глубоким проникновением в физико-химическую сущность процессов, протекающих в изделии.

Термины надежности стандартизованы. Согласно ГОСТу 27.002-85 надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки.

Надежность - сложный показатель, который может включать в себя такие свойства, как:

- безотказность (свойство непрерывно сохранять работоспособность до наступления предельного состояния в течение некоторой наработки);

- долговечность (свойство сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта);

- ремонтопригодность (свойство в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособности путем проведения ремонтов и технического обслуживания);

- сохраняемость (свойство объекта непрерывно сохранять показатели безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и транспортировки).

Для конкретных объектов и условий эксплуатации эти свойства могут иметь различную относительную значимость.

Например, для сигнальных лампочек, предохранителей надежность определяется их безотказностью; для ремонтируемых объектов (таких как металлорежущие станки, бытовые стиральные машины, автомобили) важнейшими свойствами являются долговечность, ремонтопригодность [1, 108 c].

2. Коррозия. Виды влияния на свойства материалов

Коррозия (от лат. corrosio -- разъедание) -- это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой.

В общем случае это разрушение любого материала, будь то металл или керамика, дерево или полимер [3, 17 c].

Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде.

Коррозионные процессы отличаются широким распространением и разнообразием условий и сред, в которых они протекают. Поэтому пока нет единой и всеобъемлющей классификации встречающихся случаев коррозии.

По типу агрессивных сред, в которых протекает процесс разрушения, коррозия может быть следующих видов: (Газовая коррозия; Атмосферная коррозия; Коррозия в неэлектролитах; Коррозия в электролитах; Подземная коррозия; Биокоррозия; Коррозия блуждающим током).

По условиям протекания коррозионного процесса различаются следующие виды: (Контактная коррозия; Щелевая коррозия; Коррозия при неполном погружении; Коррозия при полном погружении; Коррозия при переменном погружении; Коррозия при трении; Межкристаллитная коррозия; Коррозия под напряжением).

По характеру разрушения: (Сплошная коррозия, охватывающая всю поверхность; равномерная; неравномерная; избирательная. Локальная (местная) коррозия, охватывающая отдельные участки: пятнами; язвенная; точечная (или питтинг); сквозная; межкристаллитная.

Главная классификация производится по механизму протекания процесса. Различают два вида: (химическую коррозию; электрохимическую коррозию.

По мере ужесточения условий эксплуатации (повышение температуры, механических напряжений, агрессивности среды и др.) и неметаллические материалы подвержены действию среды.

В связи с чем термин «коррозия» стал применяться и по отношению к этим материалам, например «коррозия бетонов и железобетонов», «коррозия пластмасс и резин».

При этом имеется в виду их разрушение и потеря эксплуатационных свойств в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Но следует учитывать, что механизмы и кинетика процессов для неметаллов и металлов будут разными.

Химическая коррозия -- взаимодействие поверхности металла с (коррозионно-активной) средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз. В этом случае взаимодействия окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте.

При электрохимической коррозии ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала металла (например, ржавление стали в морской воде).

Электрохимическая коррозия - разрушение металла под воздействием возникающих в коррозионной среде гальванических элементов называют электрохимической коррозией. При электрохимической коррозии (наиболее частая форма коррозии) всегда требуется наличие электролита (Конденсат, дождевая вода и т. д.).

Электроды образуют либо различные элементы структуры материала, либо два различных соприкасающихся материала.

Водородная и кислородная коррозия - если происходит восстановление ионов H3O+ или молекул воды H2O, говорят о водородной коррозии или коррозии с водородной деполяризацией [2, 54 c].

Основными физико-химическими факторами, способными повлиять на свойства материалов, являются:

- влажность;

- температура;

- свет;

- компоненты воздуха (кислород, сероводород, сернистый газ).

Влажность характеризует содержание влаги в материале. Различают фактическую, нормальную и нормированную влажность материала.

Фактическая влажность показывает содержание влаги в материале в момент испытаний:

- нормальная -- это равновесная влажность материала, которую он приобретает при выдерживании в течение определенного времени в стандартных климатических условиях;

- нормированная (кондиционная) -- условная влажность, норма которой устанавливается в нормативно-технической документации на конкретный вид материала.

Показатели нормальной и нормированной влажности близки.

Влажность материалов зависит от влажности окружающего воздуха и особенностей физико-химической структуры материала.

При высокой относительной влажности воздуха материалы и товары сильно увлажняются; при этом возможна капиллярная конденсация парообразной влаги сначала в мелких, а затем и в крупных капиллярах.

В наибольшей степени поглощают влагу вещества, в макромолекулах которых имеются гидрофильные группы (- ОН, - CQOH и др.), обладающие большим сродством с молекулами воды.

Материалы, в состав которых входят вещества, содержащие подобные группы, можно отнести к гигроскопическим. Наибольшей гигроскопичностью характеризуются целлюлозосодержащие и белковосодержащие материалы.

Наряду с высокой гидрофильностью материалы имеют физическую структуру, которая способствует поглощению влаги: высокоразвитую поверхность, пористость на уровне макро- и микроструктуры, что приводит к скоплению в капиллярах конденсата паров влаги из воздуха или при намокании.

При повышении относительной влажности воздуха гигроскопические материалы поглощают влагу из воздуха, вследствие чего изменяются их свойства и снижается качество:

- изменяется форма изделий, увеличиваются их размеры и масса: разбухает и расклеивается мебель, корпуса телевизоров, музыкальные инструменты, бумага приобретает неустранимую волнистость, сыпучие материалы (пигменты, стиральные порошки) становятся комковатыми, вяжущие вещества (цемент и др.) теряют способность к затвердению;

- активизируются процессы химической коррозии металлов и изделий из них, поверхности зеркал, пластмасс;

- ускоряются процессы повреждения материалов микроорганизмами;

- изменяются физические свойства изделий: мутнеют парфюмерные товары, снижаются теплозащитные и электроизоляционные свойства материалов;

- изменяются механические свойства: снижаются прочность и устойчивость к истиранию, увеличиваются усадка и растяжимость.

При недостаточной относительной влажности воздуха материалы теряют влагу, и следствием этого является уменьшение размеров, многие товары (кожа, мех, ткани) становятся хрупкими и жесткими, изделия из древесины растрескиваются.

При хранении и транспортировании большинства товаров поддерживают стандартную (нормальную) влажность в пределах 65 ±5%.

Для регулирования влажности используют кондиционеры, специальные поглотительные смеси, упаковку, при необходимости увлажнение.

Температура характеризует степень нагретости тела. От нее зависят относительная влажность воздуха, возможность и интенсивность протекания физико-химических и биологических процессов в материалах под воздействием влаги, света, кислот, щелочей, кислорода воздуха.

При повышении температуры при нормальной или низкой относительной влажности воздуха снижается качество практически всех материалов. Ускоряются процессы окислительной и гидролитической деструкции полимерных материалов, вызывающей их старение, которое проявляется в потере эластичности, повышении твердости и хрупкости резины, пленок, пластмасс, повышении ломкости кожевенно-обувных товаров, испарении парфюмерных и лакокрасочных товаров и др.

Температура выше 25°С и относительная влажность воздуха более 65% способствуют размножению микроорганизмов различных групп, вызывающих процессы брожения и гниения, вследствие чего повреждаются или разрушаются сырье, материалы и изделия. Эти же режимы вызывают коррозию металлоизделий.

Температура ниже нормальной и особенно ниже О ?С отрицательно влияет на качество многих материалов.

Свет. Область видимого и ультрафиолетового света является частью общего спектра электромагнитного излучения.

Световые лучи передают материалу свою энергию, вызывая световое и светотепловое старение. Интенсивность светового воздействия на материалы зависит от энергии световых лучей. В видимой части светового Спектра (X = 380 - 760 нм) наибольшую энергию несут фиолетовые лучи.

В невидимой части спектра наибольшей мощностью обладают ультрафиолетовые лучи(X = 10 - 380 нм).

Действие световой энергии проявляется в окислительной деструкции полимеров: происходит разрыв цепей макромолекул, сшивание, образование в материалах деструкции кислородосодержащих функциональных групп.

В результате фотодеструкции изменяются потребительские свойства материалов: снижаются прочность, эластичность, стойкость к многократным деформациям, появляется хрупкость, изменяются сорбционные свойства -- возрастает водопоглощение за счет увеличения кислородосодержащих функциональных групп; ухудшаются эстетические свойства -- появляются трещины, уменьшается блеск, изменяется окраска.

В то же время свет замедляет микробиологические процессы, препятствует развитию насекомых.

Состав воздуха оказывает существенное влияние на свойства и качество материалов. Чем меньше в воздухе пыли и вредных газов, тем лучше условия для хранения и эксплуатации материалов.

Пыль, осаждаясь на увлажненной поверхности материалов, образует кислотные и щелочные растворы, под воздействием которых изменяются свойства материалов.

Сероводород вызывает почернение материалов из серебра, нарушает электрический контакт электронных приборов.

Сернистый газ способствует ускорению коррозии металлов, потемнению пигментов и красок.

Кислород воздуха, являясь активным окислителем, наиболее сильно влияет на свойства материалов.

Под действием кислорода ускоряются процессы химической и микробиологической коррозии материалов всех видов, которые в свою очередь приводят к снижению прочности и эластичности, изменению окраски, появлению неприятного запаха и т. д. [3, 229 c].

Список литературы

1. Половко А.М., Основы теории надёжности. М.: Наука, 2007.- 249 с.

2. Макарова И.В., Защита от коррозии. СПб.: Питер, 2008- 380 с.

3. Улиг Г.Г., Коррозия. Введение в коррозионную науку и технику. М.: Просвещение, 2009. - 456 с.