Експрес-оцінка відносної вартості металічних конструкційних матеріалів для заданих умов експлуатації та заданого ресурсу

Abstract

Процес проектування нової машини чи конструкції – це постійна необхідність приймати рішення в умовах невизначеності: від конструкторської ідеї, схеми компоновки - і до вибору матеріалів та комплектації. При цьому, практично залишаються неврахованими показники надійності та вартості, які довго уточнюються на стадії випробувань дослідного зразка та у підконтрольній екплуатації. Це надто дорого і вимагає значного часу. Як можна врахувати дані показники на стадії проектування, скоротивши час і витрати? Крім цього, службовоексплуатаційні характеристики металічного конструкційного матеріалу: хімічний склад, короткочасна, циклічна та тривала міцність, пластичність, тріщиностійкість утворюють багатовимірний вектор, кожна з компонент якого окремо слабо корелює з ринковою ціною сплаву, що напряму не дозволяє оцінити вартість конструкції та не дозволяє апріорі ранжувати сплави за комплексною оцінкою вартості в конкретних умовах з заданими параметрами температурносилового навантаження на заданий ресурс. Вперше така постановка завдання сформована в наших публікаціях, наведених у списку літератури. Дане дослідження є подальшим їх розвитком. Наведена методологія оцінки відносної вартості сучасних металічних конструкційних матеріалів для заданих умов експлуатації (навантаження, температура, ресурс) та властивостей сплаву (наведеного коефіцієнта ціни, температури плавлення, питомої ваги). На основі даних оцінок та запропонованої раніше універсальної узагальненої діаграми професора Грабара вперше вдалося отримати порівняльні оцінки вартості металічних конструкції для широкого діапазону умов їх експлуатації (напруг, температур та ресурсу), віднесені до одиниці часу експлуатації. Дана методологія дозволяє суттєве зменшення рівня невизначеності, і може бути застосована вже на стадії ескізного проектування машини. Викладений у роботі підхід відкриває гарні перспективи більш глибокого техніко-економічного обґрунтування інженерних рішень ще на стадії ескізного проектування машини. Наведено приклади розрахунку.

The process of designing a new machine or design is a constant need to make decisions in the face of uncertainty: from the design idea, layout, and to the choice of materials and equipment. At the same time, the indicators of reliability and cost, which are refined for a long time at the stage of testing a prototype and under controlled operation, remain virtually unrecorded. It is too expensive and requires considerable time. How can these indicators be taken into account at the design stage, reducing time and costs? In addition, the service and operational characteristics of a metal structural material: chemical composition, short-term, cyclic and longterm strength, ductility, crack resistance - form a multidimensional vector, each of which components separately weakly correlates with the market price of the alloy, which does not directly allow us to estimate the cost of the structure and not allows a priori ranking of alloys according to a comprehensive assessment of value under specific conditions with given parameters of temperatureforce load on a given resu a. For the first time such a statement of the problem was formed in our publications cited in the list of references. This research is their further development. The methodology for estimating the relative cost of modern metallic structural materials for given operating conditions (load, temperature, resource) and alloy properties (reduced coefficient of quotation, melting point, specific gravity) is given. On the basis of these estimates and the previously proposed universal generalized diagram of a prof. Grabara, for the first time, they managed to obtain comparative estimates of the cost of metal structures for a wide range of their operating conditions (stresses, temperatures and resource), referred to the unit of operation time. This methodology allows a significant reduction in the level of uncertainty, and can be applied already at the stage of preliminary design of the machine. The approach outlined in the paper opens up good prospects for a deeper feasibility study of engineering solutions at the stage of preliminary machine design. Examples of calculation.

Процесс проектирования новой машины или конструкции – это постоянная необходимость принимать решения в условиях неопределенности: от конструкторской идеи, схемы компоновки – и к выбору материалов и комплектации. При этом, практически остаются неучтенными показатели надежности и стоимости, которые долго уточняются на стадии испытаний опытного образца и в подконтрольной эксплуатации. Это слишком дорого и требует значительного времени. Как можно учесть данные показатели на стадии проектирования, сократив время и расходы? Кроме этого, служебно-эксплуатационные характеристики металлического конструкционного материала: химический состав, кратковременная, циклическая и длительная прочность, пластичность, трещиностойкость образуют многомерный вектор, каждая из компонент которого отдельно слабо коррелирует с рыночной ценой сплава, напрямую не позволяет оценить стоимость конструкции и не позволяет априори ранжировать сплавы по комплексной оценке стоимости в конкретных условиях с заданными параметрами температурно-силовой нагрузки на заданный ресурс. Впервые такая постановка задачи сформирована в наших публикациях, приведенных в списке литературы. Данное исследование является дальнейшим их развитием. Приведенная методология оценки относительной стоимости современных металлических конструкционных материалов для заданных условий эксплуатации (нагрузка, температура, ресурс) и свойств сплава (приведенного коэффициента цены, температуры плавления, удельного веса). На основе данных оценок и предложенной ранее универсальной обобщенной диаграммы профессора Грабара впервые удалось получить сравнительные оценки стоимости металлических конструкций для широкого диапазона, условий их эксплуатации (напряжений, температур и ресурса), отнесены к единице времени эксплуатации. Данная методология позволяет существенное снижение уровня неопределенности, и может быть применена уже на стадии эскизного проектирования машины. Изложенный в работе подход открывает хорошие перспективы более глубокого технико-экономического обоснования инженерных решений еще на стадии эскизного проектирования машины. Приведены примеры расчета.