VLERËSIMI I INTEGRITETIT TË MATERIALEVE SIPAS MEKANIKËS SË SHKATËRRIMIT

Gjatë shfrytëzimit të materialeve për qëllime të ndryshme dhe të formësuar në trajtë të gjysmëprodukteve dhe produkteve të gatshme, për shkak të veprimit te faktorëve të jashtëm, mekanik, termik dhe kimik, siç është thënë në kuadër të ligjëratave të gjertanishme, vjen deri te dëmtimi-degradimi, respektivisht shkatërrimi (thyerja) i tyre dhe si pasojë shkaktohen: -harxhime të mëdha materiale, -viktima njerëzore si dhe -çrregullime mjedisore.

Duke e marrë parasysh këtë, dizajnimi, respektivisht projektimi dhe përzgjedhja e materialeve bëhet mbi bazën e disa kritereve që mundësojnë shfrytëzim të sigurt në pikëpamje ekonomike dhe funksionale gjatë tërë afatshërbimit, përkatësisht jetëgjatësisë.

Gjatë afatshërbimit të shfrytëzimit, përkatësisht jetëgjatësisë, dështimi i materialit ndodh për shkak të veprimit të mbingarkesave të ndryshme të cilat shkaktojnë:deformim të pakthyeshëm (plastik),thyerje (shkaterrim).

Dizajnimi, përkatësisht projektimi dhe përzgjedhja e materialeve si veprimtari në mënyrë të vazhduar është zhvilluar duke filluar nga:dizajnimi mbi bazën e përvojës së krijuar paraprake,dizajnimi mbi bazën e konceptit të sforcimit dhe deformimit (koncepti konvencional-tradicional)dizajnimi mbi bazën e konceptit të mekanikës së shkatërrimit (koncepti bashkëkohor).

ne

l

σσ =

σe(lejuar)σe(rr)

ne

l

σσ =

nlmσσ =

σm(lejuar) σm

nlmσσ =

Duhet pasur parasysh se:materialet që përdoren në praktikë gjithmonë janë të përcjellur me prani të defekteve (parregullësive),kalkulimet inxhinierike ngandonjëherë bazohen mbi supozime dhe thjeshtësime të ndryshme,ngarkesat e jashme (aktive) mund të jenë më të mëdha se ato që parashikohen, pra mund të krijohen mbingarkesa.

Sipas konceptit të mekanikës së shkatërrimit (Konceptit bashkëkohor) ekzistojnë tre parime kryesore: parimi i dizajnimit të jetëgjatësisë (afatshërbimit) së sigurt gjatë terë kohës së eksploatimit (safe life),parimi i dizajnimit të prevenimit (evitimit) të dështimeve katastrofike gjatë eksploatimit (fail safe), si p.sh. Leak before burst-LBB),parimi i dizajnimit të lejimit (tolerimit) të dëmeve të caktura për shkak të pranisë së defekteve-gabimeve (demage tolerance).

Koncepti i mekanikës së shkatërrimit

SFORCIMI IZBATUAR/lejuar

Madhësia (përmasat) e

defektit (plasaritjes)

Rezistenca ndaj thyerjes

KONTROLLI PA

SHKATËRRIM

KONTROLLI PA

SHKATËRRIM

Vlen të theksohet se koncepti i mekanikës së shkatërrimit është më i kompletuar dhe gjithëpërfshirës dhe këtu ngërthehen edhe disciplina tjera shkencore, të cilat në mënyrë direkte apo indirekte kontribuojnë në përcaktimin e rezistencës së materialit ndaj shkatërrimit.

Kjo është edhe shumë e logjikshme nga se sipas këtij koncepti rritet siguria e shfrytëzimit të materialit, detalit-konstruksionit nga se vlerësimi i qëndresës ndaj shkatërrimit bëhet nga më shumë aspekte.

Pra, sipas konceptit të mekanikës së shkatërrimit, këtu gërshetohen disciplinat sipas prezantimit në vazhdim:

SFORCIMI

(Inxhinieri)

REZISTENCA NDAJ PËRHAPJES SË PLASARITJES

(Metalurgu)(Inspektori)

MADHËSIA E PLASARITJES

Bashkëveprimi i Mekanikës së shkatërrimit me disciplinat tjera shkencore

Veçoria (karakteristika) e cila garanton shfrytëzim të sigurt të materialit të formësuar në trajtë gjysmëprodukti ose produkti të gatshëm dhe të inkorporuar në kuadër të një konstruksioni gjatë tërë afatshërbimit (jetëgjatësisë) njihet me termin integritet i konstruksionit.

Integriteti i konstruksionit në kohë të fundit zhvillohet si një disciplinë e re shkencore dhe inxhinierike e cila përfshin analizën e gjendjes së sforcuar dhe deformuar dhe diagnostifikimin e sjelljes, respektivisht qëndresës së materialit gjatë afatshërbimit të tij si dhe rivitalizimin e tij.

Për përkufizimin e konceptit integritet strukturor në literatur ekzistojnë shumë definicione.

Vlen të përmendet definicioni i shkencëtarit Steve Roberts, i cili inegritetin strukturor e definon si *Shkencë dhe teknologji të kufizuar me kufijtë ndërmjet sigurisë dhe katastrofës*

Vlerësimi i integritetit strukturor aktualisht bëhet një domosdoshmëri e pashmangshme për të gjithë materialet, përkatësisht detalet-konstruksionet, që përdoren në të gjitha fushat industriale.

Me ndihmën e kësaj discipline shkencore dhe inxhinierike mund të përcaktohen pozicionet (lokacionet) e dobëta të konstruksionit.

Vlerësimi i integritetit të konstruksionit sipas qasjes së mekanikës së thyerjes veçanrisht është i nevojshmëm për pjesë dhe detale të cilët gjatë eksploatimit u nënshtrohen kushteve tipike të punës të cilët shkaktojnë krijimin dhe përhapjen e plasaritjeve, si psh. Lodhja, shkarja dhe korrozioni. Vlen të theksohet se kushteve të këtilla të shfrytëzimit zakonisht u nënshtrohen kaldajat, respektivisht turbinat.

Mbi bazën e analizës së gjithanshme-gjithëpërfshirëse të materialit, sjellet vendimi për përdorim të mëtejmë të materialit, për zëvendësim të tij ose eventualisht për riparim nëse lejojnë kushtet e shfrytëzimit. Vendimi që sjellet me këtë rast zakonisht ka të bëjë me përshtatshmërinë e shfrytëzimit të mëtejmë të materialit dhe ky vendim në terminologjinë e mekanikës së shkatërrimit emërtohet si PËRSHTATSHMËRI PËR PËRDORIM-SHFRYTËZIM (ang. fitness for purpose – FFP or fitness for use FFU).

Gjatë përzgjedhjes së materialit për shfrytëzim nën veprimin e ngarkesave të jashtme tentohet që:diferenca ndërmjet sforcimit të zbatuar (aplikuar) dhe sforcimit në kufirin e rrjedhshmërië të jetë sa më e madhe,shpërndarja e deformimit, sforcimit dhe energjisë të jetë sa më e njëtrajtshme (uniforme),koncentrimi i sforcimeve të jetë sa më i vogël,rezistenca ndaj krijimit dhe përhapjes së plasaritjes të jetë sa më e madhe,

plasticiteti të jetë sa më i madh,prania e ngarkesave dinamike të jetë sa më

e vogël,amplituda e ngarkesave dinamike të jetë sa

më e vogël dhe përsëritja e tyre sa më e rrallë,

faktori i përforcimit dinamik të jetë sa më i vogël.

Vlerësimi i inegritetit strukturor është disciplinë e re shkencore, inxhinierike dhe teknologjike e cila përfaqëson:vlerësimin e gjendjes së konstruksionit materialit, detalit-konstruksionit,Diagnostifikimin e sjelljes së materialit, detalit-konstruksionit,Vlerësimin e qëndrueshmërisë dhe jetëgjatësisë së mbetur të materialit, detalit-konstruksionit,Rivitalizimin e konstruksionit, në rast të sjelljes jo të mirë lokale ose globale të saj, pra *të shërohen shkaqet dhe jo pasojat*.

Niveli i shkallës së

Nga kjo që u tha nënkuptohet se vlerësimi i integritetit strukturor është i përcjellur me kosto të lartë dhe e gjithë kjo varet nga shkalla e sigurisë së materialit, detalit-konstruksionit.

II IIII IIIIII II IIII IIIIII

Shtetet e zhvilluara e kanë kuptuar se çështja e vlerësimit të integritetit të konstruksionit është me rëndësi të madhe dhe si rrjedhojë kanë themeluar institucione të posaçme për këtë qëllim. Për të qenë suksesi edhe më i madh këto institucione janë bashkuar ndërmjet veti dhe kështu është rrit potenciali i tyre kadrovik dhe tekniko-teknologjik.

Kryesisht vlerësimi i shkallës së degradimit të materialit-konstruksionit sipas parimeve të këtyre institucioneve bazohet ne:

definimin e gjendjes ekzistuese (momentale) të makrodefekteve,

definimin e vetive të materialit për gjendjen ekzistuese (momentale),

definimin e gjendjes ekzistuese (momentale) të sforcimeve.

Vlen të theksohet se për vlerësimin e integritetit të materialit sipas mekanikës së shkatërrimit, përveç tjerash janë të rëndësishëm dy faktorë:

o ndjeshmëria ndaj thyerjes së brishtë (frazhile),o ndjeshmëria ndaj thyerjes plastike (duktile),

respektivisht ndaj kolapsit plastik.

Varësia funksionale (korrelacioni) ndërmjet ndjeshmërisë ndaj thyerjes së brishtë dhe thyerjes duktile paraqitet nëpërmjet diagramit për vlerësimin e dështimit-thyerjes (FAD-Failure assessment diagram).

Në esencë diagrami për vlerësimin e dështimit-thyrjes (FAD-Failure assessmen diagram) prezanton fushën e përdorimit të materialit kur ai është i rrezikuar të dështojë gjatë shfrytëzimit dhe fushën e përdorimit të sigurt.

Materialet, përkatësisht detalet-konstruksionit nga aspekti i vlerësimit të integritetit sipas mekanikës së shkatërrimit klasifikohen në:Materiale, përkatësisht detale-konstruksione nga guri, që nuk janë të ndjeshëm ndaj krijimit dhe përhapjes së plasaritjes. Në këtë grup kryesisht bëjnë pjesë monumentet arkeologjike, që ruhen edhe sot e kësaj dite,Materiale, detale të ndjeshëm ndaj krijimit dhe përhapjes së plasaritje, që përfundojnë me shkatërrim.

Vlen të theksohet se këto materiale, detale-konstruksione duhet ti nënshtrohen vlerësismit të integritetit me qëllim të shmangies së dështimit (shkatërrimit).Në grupin e tretë bëjnë pjesë, materialet, detalet-konstruksionet që paraqesin të arriturat e fundit teknike, duke filluar nga kulla (grataçieli) më i lartë (Burxh Khalifa) deri te konstruksionet nanometrike (NEMS).

BurjKhalifa

Pra, diagrami FAD (Failure Assesment diagram) paraqet gjendjen kufitare (të limituar) e cila përfaqësohet nga sjellja elastike lineare (Kr) dhe nga sjellja plastike (Lr) e materialit.

Në literaturë sjellja plastike lineare e materialit shpeshherë shenjohet edhe me shenjën (Sr) dhe ka të njejtën domethënie si (Lr), pra (Lr=Sr).

Diagrami FAD (Failure Assesment Diagram) prezantohet në vazhdim dhe është kompatibil edhe me diagramin CDFD (Crack Drivin Force Diagram)- Diagrami i Forcës që drejton plasaritjen.

PlasaritjaPlasaritja

LigamentiLigamenti

Lr

UNSEFE

ZONA E SIGURTZONA E SIGURT

ZONA E PA SIGURTZONA E PA SIGURT

SHKATËRRIMISHKATËRRIMI

KOLA

PSI

KOLA

PSI

E pranueshme-e lejueshme

E papranueshme-e palejueshme

RRJEDHJA

SHKATËRRIMIFRACTURE

Shkatërrim katastrofik (brishtë)Shkatërrim katastrofik (brishtë)

Kolapsi Kolapsi

Parimi i vlerësimit të dështimit (thyerjes) së materialit, respektivisht përcaktimi i shfrytëzimit të sigurt dhe jo të sigurt të tij, sipas mekanikes se thyerjes realizohet ne dy faza:përcaktimi madhësisë kritike të plasaritjes e cila mund ta rrezikoje integritetin e konstruksionit,përcaktimi i jetëgjatësisë së mbetur të materialit bazuar në vlerën kritike të madhësisë së plasaritjes.

Për shkak të implikimit ndaj sigurisë publike të thyerjesve, përkatësisht avarive, shtetet me industri të zhvilluar kanë sjellë standarde përkatëse-rekomandime, direktiva për vlerësimin e inegritetit strukturor dhe masa përkatëse sanksionuese për moszbatim të këtyre rregullave.

Këto direktiva kryesisht përbëhen nga:Udhëzime për përcaktimin e ngarkesave (sforcimeve) zbatuese-vepruese në material, detal-konstruksion,Udhëzime për zgjedhjen e materialit për përdorim,Udhëzime për prodhim/përpunim.

Duke i marrë parasysh dhe duke i zbatuar këto rregulla dhe duke e përfshirë e dhe mekanikën e shkatërrimit si vegël ndihmëse, është arritur që për termocentralet me lëndë djegëse fosile, reaktorët nuklearë, pajisjet për gazifikimin e qymyrit si edhe pajisje dhe stabilimente tjera kimike që punojnë në kondita ekstreme, temperaturë dhe shtypje të lartë si edhe kondita tjera ku vepron atmosferë korrozive, të përdoren çeliqe me rezsitencë më të mirë dhe me këtë është shtuar edhe jatëgjatësis e shfrytëzimit nga 100000 orë (10vite) në 250000orë (25vite).

Disa rekomandime:Recomandations for the Design,

manufacturing and Erection of Steel Penstocks of Welded Construction for Hydro Electric Instalationa, European Commite for Boilermaking and kindred Steel Structures,Edition December, 1967.

ASME Boiler and Pressure Vessel Code, American Society of Mechanical Engineers, New York, 1977.

ISO 2604, Steel Products for Pressure Purposes-Quality Requirements, Part I, II, III, IV, V, VI.

Vlen të theksohet se në nivel botëror, regjional dhe në nivel shtetëror janë themeluar edhe asociacione-shoqata të ndryshme, të cilët si veprimtari kryesore e kanë përkujdesjen ndaj integritetit strukturor të materialit, detalit-konstruksionit, gjithnjë duke e shtuar këtë përkujdesje dhe duke e ngritë në nivel sa më të lartë: The World Academy for Structural Integrity (WASI) European Structural Integrity Society (ESIS) Croatian Society for Structural Integrity (CSSI), etj.

International Congres of Fracture