УДК 699.8

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ

Логанина Валентина Ивановна1, Федосеев Алексей Анатольевич2
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Управление качеством и технология строительного производства»
2Министерство образования Пензенской области, к.т.н., начальник управления по надзору в сфере образования

Аннотация
Приведены сведения о законе распределения времени наработки до отказа защитно-декоративных покрытий. На примере поливинилацетатцементного и полимеризвесткового покрытий показано, что распределение Вейбулла более точно описывает поведение вероятности отказов покрытий.

Ключевые слова: вероятность безотказной работы, закон распределения, красочное покрытие, срок службы


PREDICTING UPTIME PROTECTIVE AND DECORATIVE COATINGS OF CONSTRUCTION PRODUCTS

Loganina Valentina Ivanovna1, Fedoseyev Alexey Anatolievich2
1Penza State University of Architecture and Construction, doctor of technical sciences, Professor, Head of Department "Quality management and construction technologies"
2Ministry of Education of the Penza region, Ph.D., Head of Supervision

Abstract
Provides information on the distribution law for the time time to failure of protective and decorative coatings. On an example polivinilatsetattsementnogo and polimerizvestkovogo coatings shows that the Weibull distribution more accurately describes the behavior of the probability of failure of coatings.

Keywords: law of distribution, life, paint coating, probability of failure-free operation


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Логанина В.И., Федосеев А.А. Прогнозирование безотказной работы защитно-декоративных покрытий строительных изделий и конструкций // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/03/32829 (дата обращения: 05.06.2017).

Разработка математических моделей, характеризующих процессы старения покрытий позволяет на основе сравнительного анализа осуществлять научно-обоснованный выбор красочного состава и технологии создания покрытий в соответствии с условиями эксплуатации и требованиями потребителей. 
Существующие в настоящее время подходы созданию моделей основаны на изменении блеска покрытий в зависимости от воздействия климатических факторов, применение методов экспертной квалиметрии [1,2]. Результаты исследований, приведенные в [3,4,5] и другой научно-технической литературе, достаточно точно характеризуют изменение различных свойств лакокрасочных покрытий в процессе эксплуатации и характерны, по мнению авторов, конкретно для каждого покрытия. В связи с этим, актуальной видится задача определение закона распределения вероятностей отказа покрытий, применение которого позволит на основе накопленных статистических данных объективно судить о возможности выполнения требований потребителей.
Очевидно, что как и любой другой, закон распределения случайной величины должен определяться параметрами, имеющими некий физический смысл. В рассматриваемой задаче такими параметрами должны являться:
- среднее время наработки до отказа;
- интервал времени старения;
- форма кривой, описывающей вероятность отказа в интервале времени старения.
Известные и широко применяемые в теории надёжности законы распределения времени наработки до отказа (нормальный, показательный, Вейбулла) в явном виде не обеспечивают данных требований.
Нормальный закон распределения  определяет положение  и рассеяние (у) значения показателя, но не определяет поведение изменчивости показателя в интервале рассеяния.
Показательное распределение (л – интенсивность отказов, характеризующая скорость старения), учитывая изменчивость л в процессе эксплуатации и погрешность аппроксимации, не всегда позволяет признать модель адекватной.
Распределение Вейбулла (t0, в, б – параметры сдвига, масштаба, формы) более точно описывает поведение вероятности отказов покрытий, однако его применение представляет определенные трудности при проведении сравнительного анализа, т.к. параметры б и в не поддаются физической интерпретации (они характеризуют кривую распределения, но не среднее время работы, интервал старения или другие свойства покрытия).
Тем не менее, примем распределение Вейбулла за основу закона, предположив, что параметр в будет характеризовать положение исследуемой характеристики (среднее времени наступления отказа), а б – скорость старения (t0=0). В этом случае представим распределение Вейбулла в виде: (1)где:  - среднее время наступления отказа, вычисленное по экспериментальным данным;
s – коэффициент, характеризующий изменение скорости старения в интервале времени, в котором наблюдаются отказы.
Исходя из выдвинутых предположений, коэффициент s определим, приравняв первую производную функции (1) в точке  к величине , где  - интервал времени между первым и последним отказами рассматриваемых видов покрытия.
Получим:, (2)откуда
, (3)
следовательно, закон распределения (1) примет вид:
(4)
Рассмотрим поведение функции (4) при фиксированных значениях и.
На рис. 1 приведены графики зависимости вероятности наступления отказа от времени работы (время работы будем характеризовать как количество циклов “увлажнение – высушивание” при форсированных испытаниях покрытия) при фиксированном значении  () и различных  (= 100, 300, 500, 700, 900). Анализ кривых на рис. 1 позволяет сделать вывод, что значение однозначно определяет положение кривой и его изменение не влияет на форму зависимости.

Рисунок 1 – Вероятность отказа покрытия при 
1 - =100 циклов
2 - =300 циклов
3 - =500 циклов
4 - =700 циклов
5 - =900 циклов

На рис. 2 приведены графики зависимости вероятности наступления отказа от времени работы при фиксированном значении  () и различных  (= 100, 300, 500, 700, 900). Анализ кривых позволяет сделать вывод, что значение  однозначно определяет продолжительность старения покрытия (интервал времени от вероятности наступления отказа P(t)≈0 до P(t)≈1).

Рисунок 2 – Вероятность отказа покрытия при =200 циклов
1 - = 100 циклов
2 - = 300 циклов
3 - = 500 циклов
4 -  =700 циклов
5 -  =900 циклов

Приведенные на рис. 1, 2 данные позволяют сделать вывод о том, что форма кривой распределения в интервале времени старения покрытия будет определяться величиной отношения .
Обобщая приведённые выводы, можно сделать заключение о том, что функция (4), в целом, отвечает всем вышеустановленным требованиям к закону распределения и каждый из её параметров имеет конкретную физическую интерпретацию.
Экспериментальные исследования, проведённые на трёх видах покрытий (поливинилацетатцементном (ПВАЦ), ПВАЦ с добавкой ГКЖ-94 и полимеризвестковом) показали, что применение закона распределения (4) позволяет с достаточно высокой точностью (вероятность согласованности экспериментального распределения с теоретическим по критерию ч2 с числом степеней свободы k=3 более 0,7) описать вероятность времени возникновения отказа покрытий.
Экспериментальные и теоретические распределения приведены на рис. 3-5.


Рисунок 3 – Вероятность отказа ПВАЦ покрытия

1 – экспериментальное распределение
2 – теоретическое распределение 


Рисунок 4 – Вероятность отказа покрытия ПВАЦ с добавкой ГКЖ-94

1 – экспериментальное распределение2 – теоретическое распределение 


Рисунок 5 – Вероятность отказа полимеризвесткового покрытия

1 – экспериментальное распределение2 – теоретическое распределение 
Таким образом, полученные результаты позволяют рекомендовать применение функции распределения вероятности времени наработки до отказа (4) в качестве модели срока службы лакокрасочных покрытий.


Библиографический список
  1. Карякина М.И. Физико-химические основы процессов формирования и старения покрытий. – М.: Химия, 1980. – 216 с.
  2. Орентлихер Л.П., Логанина В.И. Защитно-декоративные покрытия бетонных и каменных стен: Справ. пособие. –М.: Стройиздат, 1993. – 136 с.: ил.
  3. Логанина В.И., Орентлихер Л.П. Стойкость защитно-декоративных покрытий наружных стен зданий. – М.: Издательство АСВ, 2000. – 106 с. с ил.
  4. Логанина В.И..Федосеев А.А.Статистический анализ разрушения лакокрасочных покрытий при воздействии климатических факторов// Лакокрасочные материалы и их применение. – 2005. – №6. – С.34-36
  5. Орентлихер Л.П.,Логанина В.И..Федосеев А.А.О характере разрушения лакокрасочных покрытий цементных бетонов// Жилищное строительство. – 2002. – №11. – С.16-18


Все статьи автора «Логанина Валентина Ивановна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: