Проект посвящён модернизации лабораторного стенда кафедры для испытаний строительных материалов на трещиностойкость при циклических нагрузках. Цель — перевод существующей установки в автоматизированный измерительно-управляющий комплекс по модели «как есть → как должно быть». Состав и техническое состояние механической части на текущей стадии не предполагаются: они определяются первым этапом работ — техническим обследованием с натурными обмерами, — и только по его результатам формируются проектные решения.

Актуальность и постановка проблемы. Железобетонные и композитные конструкции в эксплуатации подвергаются многократным, вплоть до миллионов, циклам нагружения (транспортные и ветровые воздействия, технологические вибрации). Усталостное разрушение при этом развивается при напряжениях существенно ниже предела статической прочности, поэтому циклические испытания необходимы для прогноза ресурса и обеспечения безопасности. Стенды данного класса, как правило, не обеспечивают автоматизированный сбор данных: измерения выполняются вручную, оценка трещинообразования проводится постфактум, без наблюдения за кинетикой развития трещины в реальном времени, а кабельная коммутация и соединения проводных датчиков подвержены усталостному отказу при длительных сериях нагружения. Готовые отечественные автоматизированные решения экономически недоступны для учебных и небольших испытательных лабораторий, при этом отработанной методики модернизации уже имеющегося парка оборудования не существует.

Идея проекта.
Механическая часть не переделывается наугад и не вскрывается без необходимости. На установку, признанную по итогам обследования пригодной, проектируется состав и архитектура измерительно-управляющего контура ядра — на уровне принципиальных схем, алгоритмов и спецификаций, без монтажа и пусконаладки в объёме текущего проекта:
— проводной высокочастотный тракт регистрации силы, деформации и раскрытия трещины, а также акустической эмиссии (регистрации упругих сигналов зарождающихся микротрещин) с локальным усилением сигнала у преобразователя;
— сетевой или беспроводной канал низкочастотного мониторинга и дистанционного наблюдения за ходом испытания;
— программный контур синхронного сбора, регистрации и визуализации параметров цикла нагружения;
— логика пороговой защиты с автоматическим остановом испытания при достижении установленных критических значений контролируемых параметров.
Предиктивные функции (цифровой двойник процесса разрушения, прогноз остаточного ресурса) в состав ядра не входят и отнесены ко второму этапу развития.

Задачи проекта:
— выполнить техническое обследование стенда по имеющимся сведениям (эксплуатационная и проектная документация, паспорт, визуальная фиксация состояния) и, при наличии доступа, натурными обмерами; оценить пригодность механической части к дальнейшей эксплуатации без разборки и без вмешательства в конструкцию;
— по результатам обследования спроектировать схему дооснащения: состав и размещение датчиков по диапазону измеряемых величин и частоте опроса, архитектуру гибридного проводно-беспроводного тракта передачи сигнала, функциональную и электрическую схемы, принципиальную схему и алгоритм узла порогового автоматического останова;
— спроектировать архитектуру и алгоритмы программного контура (синхронный сбор, регистрация, визуализация, формирование журнала и протокола по форме действующих нормативных документов — ГОСТ) и подготовить демонстрационный макет визуализации на модельных данных, не связанный с оборудованием;
— обосновать технико-экономическую целесообразность модернизации в сопоставлении со стоимостью приобретения нового стенда;
— верифицировать заложенные расчётные соотношения и процедуры обработки на модельных (синтетических) данных и открытых экспериментальных наборах; продемонстрировать процедуру построения усталостных зависимостей и оценки трещиностойкости без проведения натурных испытаний на образцах.

Перспективное развитие (второй этап). После отработки проектных решений измерительно-управляющего ядра предусматривается переход к предиктивному аналитическому контуру: цифровой двойник процесса разрушения (параллельная расчётная модель, сопрягающая метод конечных элементов и модели накопления повреждений с потоком экспериментальных данных), интеллектуальная обработка сигналов акустической эмиссии и деформаций, прогнозирование остаточного ресурса и упреждающий останов испытания до достижения критического состояния.

Целевые группы потребителей. Первичная — учебные и научные лаборатории вузов и НИИ, заинтересованные в доступной автоматизации уже имеющегося парка испытательного оборудования. Вторичная, на этапе масштабирования, — заводы ЖБИ и испытательные центры, проводящие сертификационные усталостные испытания.

На страницу проекта