Vytištěno z internetového portálu CWS ANB (www.cws-anb.cz), dne: 29.11.2021
zdroj: http://www.cws-anb.cz/t.py?t=2&i=517


DOKUMENTACE, PROVOZNÍ NAMÁHÁNÍ A VÝPOČTY (DIMENZE, PEVNOSTI A STABILITY) KOVOVÝCH KONSTRUKCÍ VÝROBKŮ
Datum: 16.5.2016
Autor: Ing. Vladimír Kudělka, Ph.D., František Dolák, d.t., Mgr. Marek Kudělka, TESYDO, s.r.o.

Konstrukční dokumentaci předchází obvykle tzv. projektová dokumentace. Je to ucelený soubor dvojrozměrných schémat a výkresů doplněných textovou částí, sloužící jako popis stavby, stroje, technického zařízení nebo jiného hmotného objektu pro výrobní a stavební proces. Projektová dokumentace obsahuje: průvodní zprávu, souhrnnou technickou zprávu (jednotlivými částmi jsou stavební část, topení, plyn, kanalizace, zti (zdravotně technická instalace), voda, elektro-zařízení, aj.), výkresová část stavební části (situace, pohledy, řezy, půdorysy, detaily), projekt topení, projekt kanalizace, projekt plynu, projekt přípojek, projekt zti - zdravotně technické instalace (projekt vodovodu, kanalizace, plynovodu), projekt požárně bezpečnostního řešení stavby a průkaz energetické náročnosti budovy. Může být ve formě tištěné nebo jako digitální soubor. Výkresy a plány jsou především využívány v architektuře, stavebnictví, průmyslu, inženýrství a plánování. Účelem projektové dokumentace je přesné a jednoznačné zaznamenání všech geometrických charakteristik staveniště, strojů, budov, produktů či komponent. Výkresy mohou mít také účel prezentační nebo orientační, stejně tak mohou zaznamenávat předešlé (původní) stavy objektu. Hlavním smyslem dokumentace je zobrazení skutečného stavu místa nebo objektu, ev. poskytnout dostatek informací staviteli případně výrobci pro realizaci záměru výstavby či výroby. Plánem označujeme jednotlivý výkres (půdorys), list nebo zákres z projektové dokumentace. Přesnějším názvem je ortografický pohled na objekt shora. Každá stavba musí být postavena či rekonstruována na základě projektové dokumentace (stavební dokumentace). Proces vedoucí k vytvoření výkresů, dovednost k jejich tvorbě se souhrnně nazývá projekce. Projekční činnost zahrnuje dokumentaci ke stavebnímu povolení, dokumentaci k provedení stavby a dokumentaci pro výběr zhotovitele stavby. Projektové práce ve stavebnictví jsou rozděleny do několika stupňů: architektonická studie, projekt územního řízení, projekt ke stavebnímu povolení, projekt provedení stavby, projekt pro výběr zhotovitele a projekt skutečného provedení.

Předprojektová příprava zahrnuje investiční záměr, tj. přípravné práce, námětové umístění do lokality, předběžné odhady bilancí potřeb a spotřeb, odhady nákladů aj., dále architektonickou studii (přípravné fáze před samostatným projektováním, prověření staveniště,vhodnost lokality, vlastnosti pozemku, limity území, zpracování studie ve více variantách, včetně barevného řešení, rovněž dokumentaci k územnímu řízení, na jejímž základě se rozhoduje o umístění stavby na pozemek (je nutné při změně půdorysu nebo výšky budovy).

Zpracování projektové dokumentace můžou provádět jen a pouze autorizované osoby. Způsobilost autorizovaných osob ověřují a jejich registry vedou Česká komora autorizovaných inženýrů a techniků a Česká komora architektů (ČKAIT).

Při návrhu kostrukcí, jejich dílců, výrobků i technických zařízení rozhoduje konstruktér o použití materiálů výrobků, ze kterých mají být tyto zhotoveny. Přitom musí vždy brát v úvahu následující:

  • požadavky na funkci součástí
  • technologii součástí
  • vliv pracovního prostředí, ve kterém budou součásti pracovat
  • ekonomická hlediska výroby součástí
  • technickou bezpečnost, spolehlivost, trvanlivost i životnost součástí, tj. i celkovou kvalitu.

Pro správnou volbu materiálů výrobků a jejich součástí proto potřebuje konstruktér znát jejich fyzikální, chemické, mechanické i technologické vlastnosti.

Z fyzikálních vlastností sleduje např. hustotu materiálu, teplotu tání a tuhnutí, jeho magnetické vlastnosti, elektrickou a tepelnou vodivost, tepelnou roztažnost a jiné. Z chemických vlastností sleduje např. chemické složení materiálu, odolnost materiálu proti působení různých chemikálií, korozivzdornost, žáruvzdornost, žárupevnost, schopnost žádoucích chemických úprav a další. Z mechanický vlastností sleduje např. pevnost v tahu, mez kluzu, tažnost a kontrakci, tvrdost, houževnatost, pružnost aj. Z technologických vlastností sleduje např. obrobitelnost, svařitelnost, slévatelnost, tvářitelnost, opotřebitelnost aj.

Objektivní posouzení vlastností materiálů se provádí pomocí zkoušek. Podmínky, za kterých jsou materiály zkoušeny, jsou mezinárodně sjednoceny, aby výsledky zkoušek poskytly možnost objektivního posouzení materiálů.

Konstruktér navrhuje technická řešení výrobků, na které se vztahují požadavky např. bezpečně odolávat v provozních podmínkách provozu, statickému, dynamickému, únavovému dilatačnímu, hydrostatickému, hydrodynamickému, event. termodynamickému zatížení (namáhání), včetně event. opotřebení korozí, abrazí, erozí nebo degradaci radiačním zářením, event. při požadavcích na těsnost výrobků (nádrží, cisteren, nádob, potrubí aj.).

Konstruktér odpovídá za jím provedené konstrukční provedení výrobků a technických zařízení, kde může dojít ke ztrátě mechanické stability konstrukce výrobku (stavebních, strojních, tlakových, plynových, topenářských, vodohospodářských, zdvihacích, elektrických, chemických, energetických, dopravních zařízení i prostředků aj.) a při jejich opravách, rekonstrukcích i montážích

Konstrukční dokumentace se zpracovává v tomto rozsahu:

  • Sestavný výkres výrobku s rozpiskou nebo odděleným kusovníkem materiálů a částmi výrobku (uvádí pozice částí výrobků, materiál polotovarů - technický dodací předpis, rozměrovou normu, označení a kvalitu, druh atestu (dokumentu kontroly), hmotnost aj.
  • Technická zpráva s výpočty (dimenzí) konstrukčně navrhnutého výrobku obsahuje doporučené použití, kritéria rizik při provozu výrobku i návod na provoz a údržbu výrobku, soupis použitých technických norem, předpis výrobních i technologických postupů a montážního postupu, plánu kontrol a zkoušek, vydání prohlášení o shodě nebo o vlastnostech stavebního výrobku.
  • Součástí dokumentace jsou atesty (dokumenty kontroly) materiálů použitých na výrobku, tj. základního, svařovacího a spojovacího materiálu, nátěrových materiálů, technické dodací listy komponent a prohlášení o shodě nebo o vlastnostech těchto komponent aj.
  • V konstrukční dokumentaci nebo technické zprávě nebo na přiloženém listu ke konstrukční dokumentaci jsou stanoveny technické dodací podmínky a předpis kvality provedení výrobku.

Výpočty (dimenze) pevnosti a stability se provádí za účelem dodržení technické bezpečnosti dílců, kovových konstrukcí výrobků a technických zařízení. Výpočty mají zásadní vliv také na spolehlivost, trvanlivost a životnost i celkovou kvalitu konstrukcí i dílců výrobků a technických zařízení. Výpočty rozdělujeme podle mechanického namáhání výrobku na statické, cyklické, dynamické a termodynamické s přihlédnutím k pracovnímu prostředí výrobku. Výpočty musí být v korelaci s vlastnostmi použitých materiálů, tj. s mechanickými, fyzikálními, chemickými a technologickými vlastnostmi. Rozsahy výpočtů určují harmonizované technické normy, technicky určené normy a obecné technické normy pro daný výrobek. Výpočty se řídí předpokládaným provozním namáháním konstrukce výrobků, jeho částí (dílců), ev. celého výrobku.

Modelové výpočty - počítačovou simulací nelze nahradit experiment! Výpočtář však nemůže u složitých modelů zaručit, že byly vytvořeny bez chyb. Výpočtové modely vždy jen aproximují fyzikální veličinu. jak je tato aproximace přesná, prokazuje správně provedený experiment, což není vždy jednoduché. Rovněž přijaté závěry z chybného experimentu mohou být zdrojem nedozírných škod. Praxe již prokázala, že správným postupem je koincidence experimentů a výpočtového modelování, což je již rozšířeno do různých oborů. Význam zkoušek spolehlivosti a životnosti se zvětšil, protože je zárukou správnosti teoretických výpočtů jejich dimenzování, které je cíleno k dosažení žádané spolehlivosti výrobku v průběhu jeho plánované životnosti. Přes rostoucí výkonnost počítačů jsou výpočtové modely jen přibližné. Zkoušky zatěžování jsou opakovatelné a jasně ukazují na slabá místa na výrobku, ale jejich současným hlavním problémem je nadále přesnost simulace vyjádřena požadavkem na odpovídající a věrohodnou odezvu vzhledem ke skutečnému zatížení v provozu.

Provozní namáhání výrobku rozdělujeme podle mechanického namáhání a pracovního prostředí na statické, cyklické, dynamické, termodynamické, hydrodynamické, seizmické, radiační, přírodními vlivy (déšť, sníh, vítr, mráz, voda), kavitační, erozí, abrazí, korozí za napětí aj.

Znalost mechanických vlastností je nezbytná při výrobě jakéhokoli produktu. Musíme předem přesně znát, zda materiál výrobku vydrží provozní namáhání (zátěž). Abychom mohli popsat tyto vlastnosti materiálu, je třeba vyvinout zkušební metody, jak je změřit (ověřit, validovat).

Statické namáhání je takové, kdy je materiál namáhán určitou pomalu vzrůstající zatěžující silou až na trvalou hodnotu. Zatěžování provádíme na tělesech dokonale tuhých, pružných a plastických. Ověření vlastností probíhá na základě zkoušek tahem, ohybem, tlakem, krutem, střihem.

Dynamické namáhání nastává tehdy, když zatěžovací síla vzroste náhle na určitou velikost a nastávají tímto silové rázy (náhle nebo proměnlivě). Ověření vlastností se uskutečňuje pak na základě zkoušek rázových. Jsou to zkoušky spolehlivosti a životnosti, u kterých probíhá simulace dynamického zatěžování typického pro provoz výrobku, např. frekvence kmitání konstrukce výrobku a parametry jejího tlumení, dále zkoušky pro stanovení mezního namáhání výrobku určující mezní režimy exploatace výrobku nebo zatěžování náhodným spektrem kmitání a zjišťování odezvy (anomálie) ve frekvenčním spektru kmitání, kdy se zjistí chyba montáže nebo porušení součástky (dílce). Ověřuje se tím spolehlivost, pevnost a životnost.

Cyklické namáhání - nastává tehdy, když je zatěžovací síla proměnná v čase zatěžování. Ověřování vlastností se uskutečňuje pak na základě zkoušek cyklických. Jsou to zkoušky spolehlivosti a životnosti, u kterých probíhá simulace cyklického zatěžování typického pro provoz výrobku. Rozlišujeme tyto typy zatěžování: tepavé, míjivé a střídavé (souměrné a nesouměrné)..

Únavové namáhání nastává při cyklickém zatěžování dílce, konstrukce, výrobku nebo technického zařízení. Jedná se o pulzující průběh zatěžování , kdy zatěžovací síla vzrůstá a klesá opakovaně beze změny smyslu (směru) působení. Dále je to míjivý průběh zatěžování, kdy zatěžující síla mění při opakovaném namáhání svůj smysl (směr). Také se v praxi vyskytuje i střídavý průběh zatěžování, kdy zatěžovací síla vzrůstá a klesá opakovaně (cyklicky) z určité hodnoty na hodnotu vyšší, aniž mění smysl, tzn. že jej nazýváme jako pulzující průběh zatěžování. Ověřování dílců a součástí výrobků na porušení únavou provádíme zkouškami - opakovaným namáháním v tahu, tlaku, ohybu, krutu nebo v jejich kombinaci. Ukazuje se, že nebezpečí únavového lomu existuje jen po překročení určité hodnoty napětí, kterému říkáme mez únavy. Je to největší výkmit napětí, který materiál vydrží teoreticky po nekonečný počet cyklů, aniž se poruší. Ke zkouškám se používají stroje, u nichž lze vyvodit následující cyklická namáhání: střídavý tah-tlak, střídavý ohyb, ohyb za rotace a střídavý krut.

Druhy a typy namáhání dílců a konstrukcí výrobků i technických zařízení

  • Statické namáhání - zařízení, výrobek nebo konstrukce má absolvováno do 1000 (103) provozních zatěžovacích - pracovních cyklů (mechanických, teplotních, tlakových, napěťových aj.) za dobu životnosti.
  • Cyklické namáhání - zařízení, výrobek nebo jeho konstrukce má absolvováno nad 1000 (103) do 100000 (105) provozních - pracovních cyklů za dobu životnosti.
  • Namáhání na únavu - zařízení, výrobek nebo konstrukce má absolvováno nad 100000 (105) provozních - pracovních cyklů za dobu životnosti. Únava se projevuje mezním stavem materiálu, ke které dochází na základě časově proměnných dynamických zatížení a projeví se poruchou funkční způsobilosti prvku dané konstrukce, výrobku nebo zařízení.
  • Namáhání dynamické - zařízení, výrobek nebo jeho konstrukce je zatěžováno silovými rázy (náhle nebo proměnlivě). Odezvou je kmitání konstrukce výrobku. Rázy a kmitání pak mohou vyvolat únavové porušení dílce nebo konstrukce výrobku. Tím dojde k vyřazení dílce z jeho funkce.
  • Namáhání hydrostatickým zatížením - namáhání nádrží a nádob tlakem média (kapalného, plynného, sypkého) na konstrukci výrobku (dojde např. k vyboulení stěny nebo porušení celistvosti stěny výrobku aj.).
  • Namáhání hydrodynamickým zatížením - namáhání nádrží a nádob proměnným vnitřním tlakem média (kapalného, sypkého, plynného) na konstrukci výrobku (dojde např. k vyboulení nebo porušení celistvosti stěny výrobku).
  • Namáhání teplotně-únavovým zatížením - kombinované zatížení za působení teploty a vnitřních i vnějších sil na konstrukci výrobku (dojde např. k mechanickému porušení celistvosti stěny výrobku).
  • Namáhání korozním zatížením - zatížení korozí v materiálu konstrukce výrobku (ve vzdušné atmosféře, v pracovním médiu). Dojde např. k prorezavění stěny výrobku.
  • Namáhání korozně-napěťovým zatížením - současné zatížení korozí a mechanickým napětím ve stěnách výrobků. Dojde k prorezavění stěny výrobku.
  • Namáhání abrazivním zatížením - třením pevných, sypkých látek (materiálů) unášených (dopravovaných) vlastní tíhou např. v potrubí, žlabech, v dopravnících apod. Dojde k porušení celistvosti stěny výrobku.
  • Namáhání erozivním zatížením - třením pevných nebo sypkých látek (materiálů) unášených (dopravovaných) v kapalném nebo plynném pracovním médiu (prostředí). Dojde k porušení celistvosti stěny výrobku.
  • Namáhání vibračním zatížením - vibrace generuje zařízení (stroj) při svém provozu. Tím vzniká zatížení konstrukcí a dílců zařízení kmitáním, např. od rotačního stroje. Kmitání vzniká nevyvážeností stroje, nesouosostí rotační části, mechanickým uvolněním dané části stroje, nevhodnou tolerancí uložení rotační části, rezonancí stroje aj. Je proto nutné provádět vibrodiagnostiku, aby vzniklé kmitání nezpůsobilo porušení dílce nebo konstrukce stroje, ev. jeho havárii nebo havárii celého zařízení.
  • Namáhání kavitačním zatížením - namáhání lopatek vodních turbin explozí blízkých vzdušných bublin v provozním médiu (kapalině). Dojde k porušení stěny lopatky vlivem vzniku trhlin, ev. k destrukci stěny lopatky nebo turbiny.
  • Namáhání radiačním zatížením - degradací vlastností materiálu výrobku umístěného (pracujícího) v prostředí radioaktivního záření. Dojde k bodovým defektům v materiálu a k rozrušení materiálu, může dojít až ke zkřehnutí a nabobtnání materiálu jaderného zařízení, tj. k poruše nebo havárii jaderného zařízení.

Všechna nepřípustná zatížení a namáhání mohou vést až k poruše nebo havárii výrobku (zařízení).

Proto u každého výrobku (zařízení) musí být zajištěna technická bezpečnost provozu a stanovena kritéria rizik výrobcem (projektantem, konstruktérem) v návodu na provoz. K bezpečnému provozu výrobku je důležité stanovit v návodu na provoz, údržbu a kontrolu, rozsah, četnost i druh kontrol a zkoušek po dobu celkové předpokládané životnosti výrobku (zařízení). Životnost stanovuje výrobce (projektant, konstruktér) v návodu na provoz a údržbu výrobku (zařízení).


CWS ANB, Velflíkova 4, 160 75, Praha 6 - Dejvice
Tel.: 224 310 394, Fax. 224 310 406
© Copyright CWS-ANB 2006-2021, všechna práva vyhrazena.