تقييم عمر الكلال للهيكل الفولاذي للرافعة وفقًا لمعيار ISO 24035:2020
يُعد المعيار ISO 24035:2020 «الرافعات — الهيكل الصلب — طريقة تقييم الكلال» معيارًا متخصصًا لتقييم عمر كلال الهياكل الفولاذية للرافعات. يحدد المعيار منهجية تقييم كلال الهيكل الصلب القائمة على طريقة عمر الإجهاد، بما في ذلك اختيار منحنيات S-N، وعدّ دورات الإجهاد، وحساب تراكم الضرر الناتج عن الكلال، وإجراءات تقييم عمر السلامة.
إجراء تقييم الكلال خطوة بخطوة
يتضمن إجراء تقييم الكلال وفق ISO 24035:2020 الخطوات التالية — جمع طيف الحمل (الحصول على بيانات الحمولة-الزمن وإحصائيات دورات التحميل للرافعة طوال دورة حياتها)، وتحليل إجهادات الهيكل (إجراء تحليل العناصر المحدودة أو قياسات مقياس الانفعال لمواقع التقييم للحصول على طيف الإجهادات لكل ظروف التشغيل)، واختيار منحنى S-N المناسب (بناءً على نوع الفولاذ وتفاصيل الوصلات ونسبة الإجهاد)، وحساب تراكم الضرر الكلالي (باستخدام قاعدة مينر للتراكم الخطي للضرر D = Σ n_i/N_i)، وتقييم عمر السلامة (تقييم عمر الكلال بناءً على الضرر التراكمي D؛ فإذا كانت D ≤ 1.0 تكون السلامة الهيكلية مضمونة).
اختيار مواقع التقييم — يجب أن يغطي تقييم الكلال جميع مناطق تركيز الإجهاد في الهيكل الصلب (لحامات الوصلات، ومواضع تغيّر المقطع العرضي، والفتحات، وإصبع اللحام، وغيرها) والمناطق المعرضة لإجهادات متناوبة عالية (منتصف امتداد العارضة الرئيسية، ووصلات العارضة الطرفية، وجذور أذرع التثبيت، وغيرها). يُشترط اختيار ما لا يقل عن 3 إلى 5 مواقع حساسة للكلال في كل رافعة لإجراء التقييم. وتُستخدم نتائج التقييم لوضع خطة الفحص الدوري واستراتيجية إدارة عمر الرافعة.
اختيار منحنى S-N حسب تفاصيل الوصلات
يصنّف المعيار منحنيات S-N إلى عدة درجات بناءً على تفاصيل توصيل الهيكل الصلب — الفولاذ الأساسي (بدون لحام) يستخدم منحنى FAT160 (160MPa@2×10⁶ دورة)، ولحام تناكبي مصقول يستخدم منحنى FAT125، ولحام تناكبي (في حالة اللحام كما هو) يستخدم منحنى FAT112، ولحام الزاوية والوصلات على شكل T يستخدمان منحنى FAT100، بينما تستخدم الوصلة الصليبية ولحامات ألواح التقوية منحنى FAT80. عدد دورات الإجهاد المقابل لحد الكلال هو 2×10⁶ دورة (وفي الهياكل الصلبة غالبًا ما يُؤخذ 5×10⁶ دورة كعدد دورات عند حد الكلال).
ميل منحنى S-N — العلاقة بين مدى الإجهاد Δσ وعمر الكلال N تمثل خطًا مستقيمًا في الإحداثيات اللوغاريتمية المزدوجة بميل m، حيث تُؤخذ قيمة m عادةً 3 (في حالة اللحام كما هو) أو 5 (للفولاذ الأساسي واللحامات المصقولة). في منطقة الإجهادات العالية، يوجد حد كلال لمنحنى S-N بعد تجاوز 2×10⁶ دورة (أي أنه تحت مستوى الإجهاد هذا لا يحدث ضرر كلالي إضافي). في ظروف تغيير المدى (الأحمال المتغيرة)، يجب استخدام مدى الإجهاد المكافئ Δσeq = (∑n_i×Δσi³/N_total)^(1/3) لحساب إجهاد الضرر المكافئ.
| تفاصيل الوصلات | فئة FAT | mالقيمة | إجهادالحد الأقصى | المواضع النموذجية |
|---|---|---|---|---|
| المعدن الأساسي | 160 | 5 | 73MPa | جدار العارضة الرئيسية |
| الوصلة التناكبية(مصقول بالتسوية) | 125 | 3 | 57MPa | لوح الشفةالوصلة التناكبية |
| الوصلة التناكبية(حالة اللحام) | 112 | 3 | 51MPa | لوح الويبالوصلة التناكبية |
| لحام الزاوية | 100 | 3 | 45MPa | لوح تقويةالوصل |
| وصلة صليبية | 80 | 3 | 36MPa | العارضة الرئيسية والعربة الطرفيةالوصل |
| إضافةلوح تقوية | 80 | 3 | 36MPa | ضلع تقويةالطرف |
عدّ دورات الإجهاد وتراكم الضرر
يتم بناء طيف الإجهادات باستخدام طريقة عدّ المطر (Rainflow Counting) لعدّ دورات الحمولة-الزمن، واستخلاص مدى الإجهاد ومتوسط الإجهاد لكل دورة إجهاد. تُعد طريقة المطر الطريقة القياسية المعتمدة عالميًا لعدّ دورات الكلال. وبناءً على نتائج العدّ، يُرسم مدرج تكراري لمدى الإجهاد (توزيع Δσi-ni)، ويُطبَّق قاعدة مينر للتراكم الخطي للضرر: D = ∑(ni / Ni)، حيث ni هو عدد الدورات المُقاسة فعليًا عند مستوى الإجهاد i، وNi هو عدد الدورات المسموح به عند نفس مستوى الإجهاد وفقًا لمنحنى S-N.
عندما تكون D < 1.0 يكون الهيكل آمنًا، وعندما تبلغ D = 1.0 يُعتبر عمر التصميم قد استُنفد. معامل الأمان المطلوب وفقًا للمعيار: إذا تم استخدام طيف حمل محسوب (وليس طيفًا مُقاسًا فعليًا) في التقييم، يُؤخذ معامل الأمان ≥ 1.25. بالنسبة للحامات التي لا يمكن فحصها بصريًا (اللحامات الداخلية في المقاطع المغلقة)، يُؤخذ معامل الأمان ≥ 1.5. أما بالنسبة للرافعات المخصصة لنقل الأشخاص، فيُؤخذ معامل الأمان ≥ 2.0.
تقرير التقييم وإدارة العمر الافتراضي
يجب أن يتضمن تقرير تقييم الكلال: المعيار المُعتمد في التقييم، المعلمات التقنية للرافعة وتاريخ استخدامها، طيف الحمل (مصدره وطريقة إحصائه)، نتائج تحليل الإجهادات (نموذج العناصر المحدودة ونتائجه أو بيانات مُقاسة بواسطة مقاييس الانفعال)، أساس اختيار منحنى S-N وفئة FAT، نتائج حساب تراكم الضرر، واستنتاجات تقييم العمر الآمن، بالإضافة إلى توصيات الصيانة والكشف (مواقع الفحص الحرجة وفترة الفحص). تقدم كيلود للصناعات الثقيلة خدمات تقييم الكلال للهيكل الفولاذي للرافعات.
| عامل الأمان | معاملالقيمة | شروط التطبيق |
|---|---|---|
| العادي | 1.25 | حمل التصميمالطيف |
| غير قابل للفحص البصري | 1.5 | مغلقخط اللحام |
| لنقل الأشخاص | 2.0 | الأفرادالرفع والنقل |
| درجة الحرارة العالية/تآكل | 2.0 | البيئات الخاصة |
الأسئلة الشائعة
س: ما هو إجراء تقييم الكلال وفقًا لمعيار ISO 24035:2020؟
ج: يشمل الإجراء جمع طيف الحمل، ثم تحليل الإجهادات الهيكلية، واختيار منحنى S-N المناسب، يليه حساب الضرر التراكمي وفقًا لقاعدة ماينر (Miner)، وأخيرًا تقييم عمر الأمان. يجب أن يغطي التقييم ما لا يقل عن 3 إلى 5 مواقع حساسة للكلال، بما في ذلك مناطق تركيز الإجهاد ومناطق خطوط اللحام. يعتبر الهيكل آمنًا عندما تكون قيمة الضرر D ≤ 1.0.
س: كيف يتم اختيار فئة FAT لمنحنى S-N؟
ج: تُعتمد الفئات التالية: المعدن الأساسي FAT160، واللحام التناكبي المصقول FAT125، واللحام في الحالة الخام FAT112، ولحام الزاوية FAT100، والوصلات الصليبية وألواح التقوية FAT80. تُستخدم قيمة m = 3 للحام في الحالة الخام، بينما تُستخدم m = 5 للمعدن الأساسي. عدد دورات الإجهاد المقابل لحد الكلال هو 2×10⁶ دورة.
س: ما هي الطريقة المتبعة لعدّ دورات الإجهاد؟
ج: تُستخدم طريقة عدّ التدفق المطري (Rainflow Counting)، وهي الطريقة الموصى بها في معايير تقييم الكلال. يتم استخلاص نطاق الإجهاد Δσi ومتوسط الإجهاد لبناء مخطط طيف الإجهادات. يُحسب الضرر التراكمي الخطي وفقًا لمعادلة ماينر: D = ∑(ni/Ni)، ويعتبر الهيكل آمنًا عندما تكون D ≤ 1.0.
س: كيف يتم تحديد معامل أمان الكلال؟
ج: يُؤخذ معامل أمان يساوي 1.25 عند استخدام حمل التصميم المحسوب، و1.5 عندما يتعذر إجراء الفحص البصري لخط اللحام، و2.0 للرافعات المخصصة لنقل الأشخاص. يؤدي زيادة عامل الأمان إلى ضبط فئة FAT وفقًا لذلك. تقدم كيلود للصناعات الثقيلة خدمات تقييم إجهاد الهيكل الصلب وإدارة العمر الافتراضي.
