Отчет о научно-исследовательской работе. Односторонняя печать

4.3.3. Имитационное моделирование изменения свойств защитных
покрытий при атмосферном хранении 
Ускоренные испытания образцов защитного покрытия проводят в соответствии 
с ГОСТ 9.708-83 [142]. По результатам испытаний определяют динамику изменения 
физико-механических характеристик покрытия в зависимости от срока хранения. 
Испытания предполагают непрерывное воздействие на образцы покрытия УФ-
излучения в диапазоне длин УФ-волн не более 420 нм при температуре образцов 55 

С. 
Расчет времени искусственного старения образцов выполняют в следующей по-
следовательности: 

---

158 
 
 
- по ГОСТ 16350-80 [146] определяют годовую норму суммарного солнечного 
излучения Q
i 
для региона, в пределах которого расположена площадка хранения 
труб;
- определяют годовую норму суммарного естественного ультрафиолетового 
излучения по выражению 
i
уф
Q
Q


07
,
0
, 
(4.11) 
где 0,07 – коэффициент, определяющий отношение мощности излучения в уль-
трафиолетовой области спектра к общей мощности излучения. 
- определяют мощность интегрального светового потока лампы в ультрафиоле-
товой области спектра q
уф
(по данным паспорта на установку для ускоренных клима-
тических испытаний); 
- определяют время одного цикла испытаний (в сутках) по выражению 
уф
уф
q
Q


86400

. 
(4.12) 
По известной величине 

, определяют продолжительность одного цикла испы-
таний. Один цикл испытаний соответствует одному году хранения трубы на пло-
щадке без средств защиты от воздействия неблагоприятных факторов окружающей 
среды. По завершении каждого цикла испытаний, отбирают одну группу образцов и 
определяют их физико-механические характеристики 
Основными параметрами, определяющими эксплуатационные характеристики 
покрытия, являются: 
- предел прочности, предел упругости, относительное удлинение (ГОСТ 11262-
80 [150]); 
- модуль упругости (ГОСТ 9550-81 [137]);
- хрупкость при ударе (ГОСТ 16782-92 [138]);
- стойкость к растрескиванию под напряжением (ГОСТ 13518-68 [139]);
По результатам испытаний групп образцов формируют диаграммы изменения 
контролируемых параметров (Х
i
) от срока хранения труб (рисунок 4.14). Параметр 

i 
рассчитывают по выражению:

---

159 
 
 
Х
1
– относительное удлинение; Х
2
– упругость 
Рисунок 4.14 – Диаграмма изменения параметров, характеризующих механиче-
ские свойства материала искусственно состаренных образцов 
100
0
0



i
стi
i
i
X
X
X

.
(4.13) 
где X
0i
– начальное значение параметра;
X
стi
– значение параметра после определенного числа циклов ускоренного ста-
рения.
Величина предельно допустимого снижения контрольного параметра определя-
ется по выражению 
100
0
0



i
дi
i
дi
X
X
X

.
(4.14) 
где X
дi
– допустимое значение контрольного параметра (определяется по ГОСТ 
Р 52568-2006 [149]). 
Предельный срок хранения определяется по условию
дi
i



.
(4.15) 
Пример расчета продолжительности ускоренных климатических испытаний 
групп образцов защитного покрытия труб аварийного запаса из климатической зоны 
II
5
(умеренный) для определения изменения механических характеристик материала 
покрытия при хранении: 
Срок хранения, лет (количество циклов испытаний, при условии, что 
один цикл соответствует одному году хранения) 
Из
м
ен
ен
ие
п
ара
м
етра (

), %
Х
1
Х
2

д2

д1

д
2

д
1

---

160 
 
 
- годовая норма суммарного солнечного излучения в окрестности площадки 
аварийного запаса составляет 2681 МДж/м
2
;
- мощность интегрального светового потока лампы в ультрафиолетовой области 
спектра составляет 180 Вт/м
2
; 
- время одного цикла испытаний, эквивалентного одному году хранения в есте-
ственных условиях на площадке в климатической зоне II
5
составляет: 
12
180
10
2815
07
,
0
86400
6






сут. 
Выводы 
1. Разработана методика определения физико-механических свойств материала 
покрытия по скорости и затуханию ультразвуковых колебаний. Получены прямо 
пропорциональные линейные зависимости скорости УЗ-колебаний от твердости по 
Бринеллю и обратно пропорциональные линейные зависимости коэффициента зату-
хания УЗ-колебаний от предела текучести материала покрытия и относительного 
удлинения после разрыва (коэффициент детерминации не менее 0,7).
2. Получены зависимости скорости УЗ-колебаний в материале покрытия от сро-
ка хранения трубных изделий. Для умеренно холодного климата (II
4
) скорость УЗ-
колебаний по средним значениям уменьшается от 2200 м/с (4 года хранения) до
2100 м/с (11 лет хранения), для умеренного климата (II
5
) – от 2500 м/с (2 года хране-
ния) до 2200 м/с (17 лет хранения).
3. Получены зависимости затухания УЗ-колебаний в материале покрытия от 
срока хранения трубных изделий. Для умеренно холодного климата (II
4
) коэффици-
ент затухания УЗ-колебаний по средним значениям увеличивается от -8 Дб (4 года 
хранения) до -13 Дб (11 лет хранения), для умеренного климата (II
5
) – от -8 Дб (2 го-
да хранения) до -11 Дб (17 лет хранения).
4. Обоснованы граничные значения параметров УЗ-колебаний в материале по-
крытия, характеризующие сохранность свойств покрытия. Для умеренно холодного 
климата (II
4
) скорость УЗ-колебаний должна быть не менее 2100 м/с, коэффициент 
затухания – менее -13 Дб, для умеренного климата (II
5
) скорость УЗ-колебаний 
должна быть не менее 2200 м/с, коэффициент затухания – менее -11 Дб.

---

161 
 
 
5. Обосновано применение для оценки сохраняемости покрытий метода оцен-
ки изменения физико-механических характеристик материала покрытия труб с 
применением инфракрасной спектрометрии. Установлено, что при увеличении 
срока хранения, под воздействием негативных факторов окружающей среды про-
исходит снижение оптической плотности на отдельных участках инфракрасных 
спектров, связанное со снижением содержания отдельных компонентов (пласти-
фикатора) или изменения внутренней структуры материала покрытия.
6. Разработана методика прогнозирования сроков сохраняемости покрытий в 
условиях северного климата на основе натурных данных и данных имитационного 
моделирования. Исследуют физико-механические свойства покрытий трубных изде-
лий с разными сроками хранения методами механических испытаний, инфракрасной 
спектроскопии, определения твердости, характеристик УЗ-колебаний. Результатом 
испытаний являются зависимости характеристик физико-механических свойств по-
крытий от времени атмосферного хранения труб с защитными покрытиями. Имита-
ционное моделирование проводят путем исследования тех же параметров покрытия 
в ходе искусственного старения покрытий. 

---

162