Theoretical and Experimental Analysis of Structural Properties of Load-Bearing Components of Thermonuclear Tokamak Installations

The chapter presents the results of research carried out in Mechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of Sciences that were focused on validation and application of design diagrams, methods and systems for measuring stresses under the modes of Tokamak instillation cooling and management of electromagnetic fields during startups. The examples of tensometric systems and results of measurements of stresses under cryogenic temperatures and strong magnetic fields as well as results of analysis of the states of stresses and strains of structurally heterogeneous components of load-bearing and conductive structures are presented. Operation conditions and limit states of Tokamak components are considered. Results of research summarized in the chapter demonstrate the correctness of the adopted design solutions, which result in a relatively low level of local stresses in the load-bearing components of the thermonuclear installations

Нормативная база обеспечения безопасной эксплуатации железнодорожной техники по ресурсу несущих конструкций

Switching the operation of railway equipment to life cycle contracts and confirming its safety compliance with industry technical regulations in the absence of a legislative framework for the recall of substandard products entails the need for a more thorough analysis of resource indicators of structural components of rolling stock and track superstructure. From this point of view, the state of the existing regulatory framework for confirming the strength and service life criteria of load­bearing elements of rolling stock and track, the influence of the regulatory «guillotine» and the general transition from the system of Soviet state standards GOSTs and strength rules to modern approaches of certification and differentiation of such concepts as «standard» and «supporting standard».Trends in moving away from classical bench testing methods towards introduction of a resource-based approach with defectiveness assessment are shown using examples of previously carried out research on safe operation of ER200 bogie frame and on the transition to domestic cassette bearings as part of import substitution, currently carried out for different types of rolling stock.Based on the new methods and approaches, it is possible to consider longer periods of operation, reasonably assess the extension of service life, or introduce resource-restoring technology, ensuring further safe operation. As part of these new trends, a transition is being made to modern modelling methods for assessing product safety, concepts such as «virtual sensor» and «virtual train-track system» are being introduced. It is shown that a reasonable combination of full-scale operational tests and virtual digital modelling makes it possible to offer reliable estimates of service life and safety indicators at the design and operation stages in a short time.Перевод эксплуатации железнодорожной техники на договоры жизненного цикла и подтверждение соответствия её безопасности отраслевым техническим регламентам в условиях отсутствия законодательной базы по отзыву недоброкачественной продукции влекут за собой необходимость более тщательного анализа ресурсных показателей конструктивных составляющих подвижного состава и верхнего строения пути. Под таким углом зрения рассмотрены состояние имеющейся нормативной базы подтверждения критериев прочности и ресурса несущих элементов подвижного состава и пути, влияние регуляторной «гильотины» и общий переход от системы советских ГОСТов и норм прочности к современным подходам к сертификации и разделению таких понятий, как «стандарт» и «поддерживающий стандарт».На примерах проводимых ранее работ по обеспечению безопасности эксплуатации рамы тележки ЭР200 и работ по переходу на отечественные кассетные подшипники в рамках импортозамещения, проводимых в настоящее время для разных типов подвижного состава, показаны тенденции отхода от классических методов стендовых испытаний, внедрение ресурсного подхода с оценкой дефектности.Основываясь на этих новых методах и подходах, возможно рассматривать более длительные периоды эксплуатации, обоснованно давать оценку продлению срока службы или назначать ресурсовосстанавливающую технологию, обеспечивая дальнейшую безопасную эксплуатацию. В рамках этих новых тенденций осуществляется переход к современным методам моделирования оценки безопасности продукции, внедряются такие понятия, как «виртуальный датчик» и «виртуальная система «поезд – путь». Показано, что разумное сочетание натурных эксплуатационных испытаний и виртуального цифрового моделирования позволяют в сжатые сроки дать достоверные оценки показателей ресурса и безопасности на стадиях проектирования и эксплуатации

АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННЫХ И ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ В ЭКСТРЕМАЛЬНО НАГРУЖЕННЫХ ЗОНАХ МАШИН И КОНСТРУКЦИЙ

The basis for the analysis of such characteristics as strength, lifeendurance and safety of machine elements and structures in  standard and emergency situations are the equations and criteria for linear and nonlinear mechanics of deformation and fracture. They are a part of the strength standards and are used both in the design  and in the manufacture and operation of equipment. The article  shows that the results of strength, resource and survivability studies  are the basic component to create the foundations of the  catastrophes and risks mechanics in the technogenic sphere, new  principles, technologies and technical complexes that ensure their safe operation and let in a theoretically grounded manner  prevent the appearance of emergency and catastrophic situations,  and minimize possible damage when they occur. At the same time, the instrument for ensuring safe working conditions is to diagnose  the current parameters of the material state and to determine the  characteristics of stress-strain states in the most stressed zones of  the analyzed technical system. The solution of the problem of  strength and resource evaluation in such conditions includes the  creation of generalized mathematical and physical models of  complex technological, working and emergency processes in  technical systems for analyzing the transition conditions from regular states to the conditions of occurrence and development of accidents and catastrophes. Such models are characterized by a multilevel  structure that affects global, local and object security aspects. The  developments are interdisciplinary in nature and underlie the safety and risks rationing.Основой анализа характеристик прочности, ресурса живучести и безопасности элементов  машин и конструкций в штатных и аварийных ситуациях являются уравнения и критерии  линейной и нелинейной механики деформирования и разрушения. Они входят в нормы  прочности и используются как при проектировании, так при изготовлении и эксплуатации  оборудования. В статье показано, что результаты исследований прочности, ресурса и  живучести являются базовой составляющей создания основ механики катастроф и рисков в  техногенной сфере, новых принципов, технологий и технических комплексов, обеспечивающих их безопасную эксплуатацию и позволяющих научно обоснованно  предотвращать возникновение аварийных и катастрофических ситуаций, а также  минимизировать возможные ущербы при их возникновении. При этом инструментом  обеспечения условий безопасной работы является диагностика текущих параметров  состояния материала и определение характеристик напряженно-деформированных состояний в наиболее нагруженных зонах анализируемой технической системы. Решение  задачи оценки прочности и ресурса в подобных условиях включает в себя создание обобщенных математических и физических моделей сложных технологических, рабочих и  аварийных процессов в технических системах для анализа условий перехода от штатных состояний к условиям возникновения и развития аварий и катастроф. Такие модели  характеризуются многоуровневой структурой, затрагивающей глобальные, локальные и  объектовые аспекты безопасности. Эти разработки имеют междисциплинарный характер и  лежат в основе нормирования безопасности и рисков