Совершенствование методических основ нормирования характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем при пульсационных давлениях рабочих сред тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат технических наук Латыпов, Азамат Мирзалифович

• Латыпов, Азамат Мирзалифович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Латыпов, Азамат Мирзалифович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Введение

1 Анализ современных подходов по расчетам характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем в условиях пульсационного изменения внутреннего давления рабочих сред

1.1 Усталостные процессы металлов

1.2 Анализ расчетных методов оценки характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем с исходными повреждениями, работающих под действием

пульсационного изменения давления рабочих сред

Выводы по главе 1

2 Расчетная оценка взаимосвязей деформационных, силовых и энергетических характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем при статическом и циклическом нагружениях

2.1 Определение плотности энергии деформации стандартных образцов на осевое растяжение до разрушения

2.2 Оценка степени снижения предельной плотности энергии деформации оболочковых элементов с повреждениями

2.3 Взаимосвязь плотности энергии деформации и характеристик

усталости оболочковых элементов с трещинами

Выводы по главе 2

3 Совершенствование методов расчета циклической долговечности оболочковых элементов технических систем

3.1 Основные характеристики прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем 45 при пульсационных давлениях рабочих сред

3.2 Оценка характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем по критериям усталости

3.3 Усовершенствованный метод расчета циклической долговечности оболочковых элементов трубопроводных систем по результатам

неразрушагощего контроля сварных стыков

Выводы по главе 3

4 Исследование влияния повреждений в металле

на циклическую прочность и долговечность оболочковых элементов трубопроводных систем

4.1 Роль микромеханической неоднородности и концентрации напряжений при оценке характеристик циклической усталости оболочковых элементов трубопроводных систем

4.2 Взаимосвязь усталостных характеристик и микроскопических деформаций

4.3 Исследование взаимосвязей характеристик циклической усталости и коэффициентов концентрации напряжений оболочковых

элементов трубопроводных систем

Выводы по главе 4

Основные выводы и рекомендации

Библиографический список использованной литературы

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методических основ нормирования характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем при пульсационных давлениях рабочих сред»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Проблема обеспечения безопасности потенциально опасных объектов трубопроводных систем (ТС) нефтегазовой отрасли была и будет чрезвычайно острой и актуальной. При этом основным направлением решения указанной проблемы является оперативная и комплексная оценка технического состояния оболочковых элементов (ОЭ) трубопроводных систем с применением адекватных методов и средств неразрушающего контроля и расчетного определения прочности и долговечности с учетом реальных процессов повреждаемости металла, в частности перенапряженности и циклической усталости.

Важным фактором, существенно влияющим на прочность и долговечность оболочковых элементов трубопроводных систем, является циклическая повреждаемость металла, интенсифицируемая различными концентраторами и повреждениями. В связи с этим разработки по совершенствованию характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем с учетом циклической повреждаемости металла являются, несомненно, актуальными и важными в жизнедеятельности. При этом следует иметь в виду, что многие объекты трубопроводных систем работают за пределами проектного ресурса.

Цель работы — обеспечение прочностной безопасности эксплуатации оболочковых элементов трубопроводных систем с различными концентраторами напряжений регламентацией их остаточного ресурса, определяемого по адекватным критериям циклической трещиностойкости и усталости металла.

Основные задачи работы:

исследование взаимосвязи деформационных, силовых и энергетических характеристик ОЭ ТС с образцами из них;

- обоснование метода оперативной и адекватной оценки характеристик полных диаграмм циклической усталости оболочковых элементов трубопроводных систем;

разработка метода расчетного определения циклической долговечности оболочковых элементов трубопроводных систем по данным неразрушающего контроля;

- разработка методов расчета прогнозируемого и остаточного ресурсов оболочковых элементов трубопроводных систем при пульсационных изменениях внутреннего давления.

Научная повнзна:

• базируясь на основных закономерностях диаграмм статического разрушения, установлена зависимость удельной работы разрушения оболочкого элемента от предела прочности, относительного удлинения и пределов текучести и прочности металла;

• получены аналитические формулы для определения констант в степенных уравнениях малоцикловой и усталостной повреждаемости сталей с произвольными струтурно-прочностными характеристиками;

• установлены закономерности взаимосвязей характеристик статической и циклической прочностей различных сталей и оболочковых элементов из них с учетом степени перенапряженности, механических свойств, трещиностойкости металла и цикличности нагружения.

Практическая ценность результатов работы

• предложенные методы расчетного определения ресурса оболочковых элементов позволяют оперативно и адекватно устанавливать безопасные сроки эксплуатации объектов трубопроводных систем;

• основные результаты использованы при разработке практических рекомендаций по расчетному определению большинства характеристик безопасности эксплуатации объектов трубопроводных систем, работающих в условиях пульсациопного изменения нагрузок, которые согласованы компетентными организациями.

На защиту выносятся:

• комплекс результатов, обозначенных в научно-практической ценности результатов работы;

• методы оценки взаимосвязей деформационных силовых и энергетических характеристик ОЭ ТС и образцов из них;

• результаты исследований по обоснованию расчетных методов оценки диаграмм малоцикловой и усталостной повреждаемости сталей с различными исходными прочностью и пластичностью;

• комплекс результатов исследований по обоснованию методов определения ресурса ОЭ ТС с учетом степеней перенапряженности и циклической повреждаемости металла;

• методические рекомендации по расчетам характеристик прочностной безопасности ОЭ ТС, полученным по результатам неразрушающе го контроля.

Методы решения поставленных задач

Основные характеристики прочностной безопасности ОЭ ТС базируются на известных положениях механики твердого деформируемого тела, усталостного разрушения и упругопластичности, а также получены в результате натурных и лабораторных испытаний.

Достоверность результатов

Установленные закономерности взаимосвязей характеристик статической и циклической прочностей ОЭ ТС согласуются с экспериментальными данными других авторов, а также с современными научными положениями и представлениями механики деформирования и усталостного разрушения твердых тел.

Личный вклад автора

Участие во всех этапах теоретических и экспериментальных исследований и разработке методических рекомендаций по расчетам ресурса безопасной эксплуатации ОЭ ТС по критериям циклической трещиностойкости и усталости. Лично автором научно обоснованы основные аналитические зависимости для оценки характеристик прочностной

безопасности ОЭ ТС по критериям циклической трещиностойкости и усталости.

Апробирование результатов исследования

Теоретические и экспериментальные данные работы были доложены на: научных семинарах «Безопасность нефтегазового оборудования и трубопроводов» (г. Уфа, 2010 г., 2011 г.); на научно-практических конференциях «Энергоэффективность. Проблемы и решения» в рамках Российских энергетических форумов (г. Уфа, 2010 г., 2011 г.); на VII Международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт - 2011» (г. Уфа, 2011 г.).

Диссертационная работа заслушана и рекомендована к защите на секции «Безопасность нефтегазового оборудования и трубопроводов» Ученого совета ГУП «ИПТЭР» (14 ноября 2012 г.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 13 научных трудах, в том числе в 4 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

1 Анализ современных подходов по расчетам характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем в условиях пульсационного изменения внутреннего давления рабочих сред

В настоящее время, когда проблемы жизнедеятельности, в том числе и обеспечение промышленной безопасности, становятся особо острыми, отмечается тенденция интенсификации внедрения методов и подходов прочностной безопасности, базирующихся на критериях механики хрупкого и квазихрупкого разрушения твердых тел с исходными трещинообразными микро- и макроскопическими повреждениями в металле. Этот факт оправдывается тем, что подходы механики разрушения позволяют производить количественную оценку основных характеристик прочностной безопасности не только для простейших моделей с трещинами, но реальных оболочковых элементов трубопроводных систем, работающих в сложных условиях нагружения и действия рабочих сред.

Несмотря на огромные достижения в области прикладной механики разрушения, в литературе недостаточно сведений по оперативной и адекватной расчетно-экспериментальной оценке критических (предельных) параметров механики разрушения, а следовательно - характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем.

Наряду с этим следует отметить, что в литературе нередко появляются неадекватные данные по предельным параметрам механики разрушения, в частности, по критическим величинам коэффициента интенсивности напряжений (ККИН). Поэтому важность проблемы создания экспресс-методов расчетно-экспериментального определения характеристик прочностной безопасности ОЭ ТС еще более актуализируется.

Особо важную значимость приобретает развитие подходов механики разрушения на случаи развития и торможения трещиноподобных повреждений в оболочковых элементах при воздействиях различных рабочих сред, вызывающих общую неравномерную и сильно локализованную коррозию и охрупчивание металла. При этом необходимо учитывать

современную тенденцию применения сталей и сплавов, обеспечивающих снижение материалоемкости при соблюдении требований по прочностной безопасности ОЭ ТС.

Ниже рассмотрены особенности современных подходов по расчетно-экспериментальному определению характеристик прочностной безопасности различных конструктивных элементов, работающих при переменных во времени действующих нагрузках (напряжениях).

1.1 Усталостные процессы металлов

Как известно [8, 43, 45, 46, 50, 54, 55, 87 и др.], усталостные процессы повреждаемости материала принято связывать с изменением его механических характеристик при длительном действии циклических напряжений (или деформаций). Способность материала сопротивляться циклическому разрушению оценивают пределом усталости (выносливостью) при заданном коэффициенте асимметрии цикла нагружения г(аг). Заметим, что в зависимости от исходных механических характеристик и параметра г предел усталости <гг может снижаться в сравнении с пределом прочности <ти до четырех раз: кг =аъ/<уг =1...4. Наибольшая степень снижения предела усталости отмечается для симметричного цикла нагружения (г = -\): К = о-„ /о-_, = 4 .

Пределы усталости аг устанавливаются по диаграммам выносливости или усталости (Велера) в координатах «максимальное напряжение цикла сгтах - число циклов нагружения до разрушения N ».

По нашему мнению, диаграммы усталости должны описываться в соответствии с логистической кривой (рисунок 1.1).

Для диаграмм усталости характерно, что при N>Ntт она стремится к

предельной амплитуде а. В качестве N8 часто принимают л^ = 106 [54]. Напряжение, соответствующее N = принимают за условный предел усталости сг_! или иг. Ясно, что аг > <т_,.

К*

--действительная; — ■ — схематизированная

Рисунок 1.1— Типичная кривая усталости

Отметим, что кривая усталости позволяет определить уровень рабочих напряжений по требуемой долговечности (число циклов нагружения до разрушения) ОЭ ТС.

Инициацию и развитие трещин усталости обычно связывают с исходными повреждениями структуры стали, размерами структурных составляющих (зерен), количеством, размерами и ориентацией неметаллических включений, особенностями дислокационных структур и др. При этом немаловажным являются степень остаточной напряженности, состояние поверхности элементов (образцов), технологии термомеханической обработки, наличие покрытий и др.

Усталостные процессы во многом определяются параметрами рабочей среды, наличием различного рода утонений и выступов, оказывающих влияние на степень перенапряженности металла (концентрацию напряжений) и др. [8,9,15,39,48,58].

Исходя из стадийности усталостных разрушений, в расчетной практике утвердились два основных направления оценки характеристик прочностной безопасности ТС: а) по критериям инициации трещин и б) по критериям распространения трещин.

Ясно, что указанные направления отличаются как по физическим, так и феноменологическим закономерностям.

Практически все существующие кинетические уравнения циклической повреждаемости материалов и конструктивных элементов описываются феноменологическими степенными законами типа Бэсквина и Коффина-Мэнсона. То же самое можно сказать о кинетических уравнениях, описывающих процесс распространения усталостных трещин, например уравнение Пэриса-Эрдогана или H.A. Махутова.

В ряде случаев представляется целесообразным полную диаграмму усталости разделять на малоцикловую и многоцикловую области. Малоцикловая область ограничивается числом циклов нагружения < 103'75...10'. Многоцикловая область соответствует долговечности N р > Ns.

Промежуточную область Npu < Nр < NiS относят к области ограниченной

долговечности.

Малоцикловая область диаграммы усталости достаточно адекватно описывается уравнением Коффина-Мэнсона [58, 59]. Здесь уместно отметить, что это уравнение нашло использование в ряде нормативных допущений по оценке характеристик прочностной безопасности многих потенциально опасных объектов в различных отраслях промышленности [71, 72, 79, 81].

Подход Коффина-Мэнсона описывается следующей взаимосвязью [59]:

Здесь С - постоянная, связанная с пластичностью стали: Аср - амплитуда деформации.

Одним из основных недостатков подхода Коффина-Мэнсона является сложность определения Ас для оболочковых элементов ТС с различными

макроскопическими повреждениями. В некоторых случаях адекватная оценка Аер практически невозможна в связи с неопределенностью геометрических

параметров реальных повреждений в металле оболочковых элементов. Поэтому, на наш взгляд, целесообразно кардинальное усовершенствование

(1-1)

подхода Коффина-Мэнсона или использование других феноменологических уравнений, например Бэсквина или Вейбулла [46, 80, 89].

По Вейбуллу кривая усталости описывается следующим уравнением [55,59]:

{а - <т, )/(сгА - <тг) = схр [-а (/„ АО'" ], (1.2)

где аь - временное сопротивление стали; аг - усталости; а, т- константы.

Число постоянных можно сократить в случае применения степенного уравнения типа Бэсквина:

а'"Ы = С, (1.3)

где Си»/ - экспериментально определяемые параметры.

К аналогичному выражению (1.3) можно прийти путем несложных преобразований уравнения Коффина-Мэнсона.

1.2 Анализ расчетных методов оценки характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем с исходными повреждениями, работающих под действием пульсационного изменения давления рабочих сред

Анализ данных главы 1.1 показывает, что основной причиной усталости при переменных нагрузках, инициация и развитие в малых областях пластических деформаций [15-18].

Наличие в оболочковых элементах различного рода повреждений и конструктивных концентраторов напряжений (даже при упругих номинальных напряжениях) вызывает местные макропластические деформации, которые при переменных (пульсационных) давлениях вызывают малоцикловую усталость и стадийное локализованное разрушение металла. При этом процесс локализованного малоциклового разрушения целесообразно рассматривать по механизмам инициации трещин, их распространения и долома оболочкового элемента [58, 59, 70].

Между пределом усталости (<т./) при симметричном цикле (г = — 1), прочности (сг6.) и отношением (К^ =о-т/о-„) в ГУП «ИПТЭР» (проф.

P.C. Зайнуллин) установлена следующая взаимосвязь:

a_Ja„=MAKw, (1.4)

где сгт - предел текучести стали. На основании (1.4) находим упругую деформацию еу, соответствующую а.f.

ey=trJ4K„E. (1.5)

Как известно [18, 48, 58], большинство сталей при пластическом деформировании описывается функцией: а = С-ё'. Здесь Сия- константы стали. В этом случае удается найти простую взаимосвязь: N = n2J', (1-6)

где пт - коэффициент запаса прочности, учитывающий степень локализованной перенапряженности стали.

Для распространенных в нефтегазовой отрасли сталей величина п = 0,08 * 0,25 . Следовательно, показатель степени уравнения (1.6) тц=2!п

будет изменяться в пределах: тц = 8...25. По данным ИМАШ РАН им. A.A. Благонравова, тц =12,5. Это значение тц соответствует конкретной стали с и = 0,16. Указанный факт дает полное обоснование констатировать, что циклическая долговечность N взаимосвязана с коэффициентом использования несущей способности Fu (FH =ар/<тк, где а - нормативное

значение рабочего напряжения оболочкового элемента, определяемое в соответствии с действующими нормами расчетов на прочность):

Zg Nр = dg Сц+тч lg\IF„, (1.7)

где Сц и тц - коэффициенты, определяемые экспериментально. Эта формула справедлива для гладких оболочковых элементов. Величина F;i для многих оболочковых элементов, работающих при нормальных условиях эксплуатации, лежит в достаточно узких пределах: Fn =0,4...0,5. Для консервативной оценки Nр можно принимать: Сц ~ 1,0. Этому значению Сц

соответствует штрихпунктирная прямая линия на рисунке 1.1.

При выборе ст можно воспользоваться следующей взаимосвязью,

установленной в работе [88]: сгр = сгв /4 Кти. (1.8)

Другими словами, рабочие напряжения в оболочковых элементах не должны превышать предела усталости ег_, (<х_, = сг(/4 К11:).

Приведенные данные свидетельствуют об актуальности разработок по расчетам характеристик прочностной безопасности ОЭ ТС по коэффициенту запаса прочности пОднако, как и при оценке возникают те же проблемы, отмеченные ранее. В связи с этим возникает проблема усовершенствования формулы 1.6 для оценки количества циклов нагружения до разрушения Nр оболочковых элементов с использованием коэффициентов

прочности (рс, представляющих собой отношение разрушающего напряжения оболочкового элемента с повреждением (или образца) ас к пределу прочности о-,, (<рс = сгс / (тй). В дальнейшем величину (рс будем называть коэффициентом прочности ОЭ ТС с повреждением или концентратором напряжений. В этом случае:

N|,=Cц{<pJF¡lY^ . (1.9)

Уравнение (1.9) наряду с простотой и ясностью параметров входящих в него отличается универсальностью, поскольку <рс может устанавливаться с использованием всех критериев механики разрушения и твердого деформируемого тела [3, 4, 7, 10, 22, 47, 48].

Далее рассмотрим методы расчетной оценки коэффициентов прочности (рс по различным критериям.

Оценка <рс по степени перенапряженностп металла в окрестностях повреждений и конструктивных кош/ентраторов напряжений (аа)

Величина аа определяется известными методами теории упругости и циклической усталости [9, 47, 58, 60, 66]. В частности, величина аа может быть установлена на основании следующей формулы [47]:

а = 1 + 2

т>

•0-Д1)"

т,

(1.10)

где р=р!п\ р- угловой параметр дефекта; п «3,14; тр=р/8\ р-минимальный радиус дефекта; #«0,5; тк=к!8\ к и 5 - глубина утонения и толщина стенок. Влияние некоторых параметров дефектов аа показано на рисунке 1.2.

Видно, что с ростом относительной глубины утонения стенок оболочковых элементов ть величина аа увеличивается (рисунок 1.2, а). Увеличение угла раскрытия утонения р приводит к снижению аа (рисунок 1.2, б).

Аналогичные закономерности аа отмечаются для оболочковых элементов с выступами или утолщениями стенок оболочковых элементов ТС.

ОС-

2 а) 1

тр= ОД п = о ^

Ч АЛ

О' \ Р = 90° Ч_У = 112,5' _ р = \ш /

///--

/ /

0 0,1

°'2 °'3 °'4 ть 0 0,25 0,5 0,75 р = р,я Рисунок 1.2-Взаимосвязь аа с ть (а) и р (б)

Для оценки степени снижения прочности ОЭ ТС удобно вводить коэффициент прочности (рс (<рки) [1-4, 47, 48, 57]:

<РС11=<РС-К/КЕ)\ (1.11)

где а-нс/ав;аис - предельное напряжение ОЭ ТС с данным дефектом; сг6 -

временное сопротивление стали. Для случая, когда дефект приводит к уменьшению рабочего сечения: <рс = (1 -тъ)[ку/1К. (1-12)

Например, для низколегированных сталей (16ГС, 17ГС и др.) значение срс «1,0. При аа > 2,0 величина срс уменьшается при увеличении аа (рисунок 1.3).

<Рс=<Ри, ЧГ

0,9--X---------

0,8

0,7

0,6

1 2 3 4 5

Рисунок 1.3 - Взаимосвязь срш (аг7), рассчитанная по формуле (1.10)

Коэффициент прочности зависит от равномерного (<рс) и полного {у/) относительного сужения и аа :

( ^ Л

Фс - Фкн + 0,5 • ¡¡'У; д = 1 / 2 1 + 4 . (1.13)

I аа)

Здесь показатель степени ц изменяется от 0,125 (а(Т=\,0) до 0,5 (аа —» оо). Уменьшение пластичности стали 35 приводит к снижению параметра (ркн (рисунок 1.4, а). Рост аа снижает аы,, но в ограниченном интервале (1 < аа < 5). В области аа> 5, аи, ~ атр (рисунок 1.4, б).

Для коротких дефектов [47, 48]: <рс = 1 - (і - <р1П) ■ фп( , (1-14)

где (рсп - коэффициент прочности ОЭ ТС с протяженным дефектом Ц > 1,0), (рисунок 1.5).

0,8

0,6

0,4

0,2

ав=\

з

/ >

а)

0,05

0,1

0,15

0,2

= <Р,

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

1 1 8. = 0,2

-

85 - 0,15

б)

Рисунок 1.4- Зависимости <рс (¿5) (а) и <рс {аи) (б)

(Рс = <РЫ,

0,75

0 0,25 0,5 0.75 т(

1 и 2 - данные других авторов [66]; 1 и 3 - по формуле (1.14)

Рисунок 1.5 - К оценке <рс (те)

Оценка срс по относительному пределу трещиностойкости атр,

Обычно [1-4, 11, 22] для определения влияния концентраторов напряжений на (рс используют эффективный коэффициент концентрации

напряжений Коф: Кзф = сгя /<тто, где сгвк - разрушающее напряжение конструктивного элемента с дефектом (концентратором напряжений).

В ряде случаев Кзф<\,0ч [55]. В этом случае дефекты (или

концентраторы) приводят к росту предельных напряжений [48] и <рс.

В известной нам литературе практически отсутствуют данные по оценке (рс и N р для ОЭ ТС в широких диапазонах изменения аа.

Любопытно, что при аа = 1...10 величина Кэф«0,9... 1,17 [55].

Аналогичные результаты получаются для ОЭ ТС, изготовленных из вязких сталей [47, 48]. Заметим, что для вязких сталей: КТ<1 =сгт/сг„ <0,7 (сгт - предел текучести стали).

В ГУП «ИПТЭР» развивается простой и адекватный критерий атр (относительный предел трещиностойкости) [47, 48]. При этом:

Кроме этого, необходимо отметить, что величина атр обобщает и придает четкий физический смысл понятию предела трещиностойкости /с, регламентируемого в ГОСТ 25.506-85 [33].

Условие (1.15) справедливо для концентраторов напряжений, не снижающих рабочее сечение оболочкового элемента.

В работах [47, 48, 66] предложена следующая аналитическая зависимость для выполнения инженерных расчетов относительного предела трещиностойкости атр:

(1.15)

(1.16)

где атр, ~ 2 б5 - относительное удлинение стали; /и « 0,5 : ть=к13\ Л-

глубина трещины; <5 - толщина стенки ОЭ ТС. Эта зависимость отражена на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6- Взаимосвязь относительного предела трещиностойкости атр от относительной глубины повреждения ти (КТв = 0,8)

[49]

Формула (1.16) экстремальная (рисунок 1.6), которая применима для ОЭ ТС [47, 87] с различными У-образными концентраторами.

При этом элементы с острыми углами заменяются эквивалентными трещинами (рисунки 1.7 и 1.8). Для рассматриваемых моделей консервативную оценку ресурса (в запас прочности) можно производить при условии: С . Этот прием приводит к модели с односторонней трещиной (рисунок 1.7, б'). При этом за величину Б0 необходимо брать сумму £о = 5„ + С, где С - максимальное значение выступа в элементе.

При возможности определения угла перехода (3 величину С следует заменять величиной к с использованием формулы: к = С [1-(/?/;г)3], где л = 3,14 (180°). К примеру, если ¡3 = 90% то величина к « 0,9С .

В дальнейшем на основании формулы (1.16) определяется величина атр при заданном ти. При оценке тк следует иметь в виду, его величину к

необходимо относить к сумме (5",, + И).

с,

т

5,

я а ±1 '

—; с,

\ / [

\ 5„ а*

ЬР с;

\

5|-{-

а)

б)

В)

' ' 1 )

\8„ 1 / 1

Заключение диссертации по теме «Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ», Латыпов, Азамат Мирзалифович

Основные выводы и рекомендации

1. Определены и описаны основные закономерности взаимосвязи деформационных, силовых и энергетических характеристик ОЭ ТС и образцов из них. Установлена зависимость удельной работы разрушения оболочкового элемента от предела прочности, относительного удлинения и пределов текучести и прочности металла.

2. Предложен и обоснован новый подход к расчетной оценке характеристик малоцикловой и усталостной повреждаемости ОЭ ТС из сталей с различными исходными прочностью и пластичностью, позволяющий оперативно определять их характеристики прочностной безопасности при минимальных затратах на проведение соответствующих лабораторных испытаний образцов на прочность и усталость. Показано, что предложенные аналитические зависимости для расчетного определения характеристик циклической усталости адекватно согласуются с экспериментальными данными других авторов и современными представлениями теорий прочности и усталости для различных конструкций.

3. Установлены закономерности взаимосвязей характеристик статической и циклической прочностей различных сталей и ОЭ ТС из них с учетом степени перенапряженности и повреждаемости, характеристик механических свойств, трещиностойкости металла и цикличности нагружения.

4. Впервые введено и научно обосновано понятие циклического относительного предела трещиностойкости ацтр и установлена его взаимосвязь с основными характеристиками вязкости статического разрушения и нормируемыми механическими свойствами.

5. Ыа основании результатов проведенного комплекса исследований разработаны методические рекомендации по расчетной оценке характеристик безопасности ОЭ ТС на основании неразрушающе го контроля и диагностики.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Латыпов, Азамат Мирзалифович, 2013 год

Литература

1. ГОСТ 25.506-85. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. — М.: Изд-во стандартов, 1986. - 61 с.

2. РД 39-0147103-387-87. Методика определения трещиностойкости материала труб нефтепроводов. - Уфа, 1987. - 37 с.

3. Зайнуллин P.C. Несущая способность сварных сосудов с острыми поверхностными дефектами // Сварочное производство. - 1981. - № 3. - С. 5-7.

4. Лобанов Л.М. и др. Основы проектирования конструкций (Сварные строительные конструкции) / Л.М. Лобанов, В.И. Махненко, В.И. Труфяков. - Киев: Наукова Думка, 1993.-416 с.

5. Винокуров В.А. и др. Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности / В.А. Винокуров, С.А. Куркин, Г.А. Николаев; под ред. Б.Б. Патона. - М.: Машиностроение, 1996. - 576 с.

6. Зайнуллин P.C. и др. Критерии безопасного разрушения элементов трубопроводных систем с трещинами / P.C. Зайнуллин, Е.М. Морозов, A.A. Александров. - М.: Наука, 2005. - 316 с.

7. Махутов H.A. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. - М.: Машиностроение, 1981. - 272 с.

8. Зайнуллин P.C., Постников В.В. Несущая способность сварных сосудов с острыми поверхностными дефектами при малоцикловом нагружении // Сварочное производство. — 1982. - № 7. - С. 8-10.

9. Сосуды и аппараты стальные. Нормы и методы расчета на прочность при малоцикловых нагрузках. - М: Изд-во стандартов, 1983. - 30 с.

10. Когаев В.П. и др. Расчеты деталей машин и конструкций па прочность и долговечность / В.П. Когаев, H.A. Махутов, А.Г. Гусенков. - М.: Машиностроение, 1985. - 224 с.

11. СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. - 52 с.

12. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энерготехнических установок. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 525 с.

13. Методика определения опасности повреждений стенки труб магистральных трубопроводов по данным обследования внутритрубиыми

дефектоскопами. - M.: AK «Транснефть», 1997. - 25 с.

14. Зайнуллин P.C., Гумеров А.Г., Морозов Е.М., Галюк В.Х. Гидравлические испытания действующих нефтепроводов. - М.: Недра, 1990.

- 224 с.

15. Кантемиров И.Ф., Кравченко C.B. Метод оценки ресурса конструктивных элементов нефтегазовых резервуаров по критериям статической и циклической трещиностойкости // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. - 2010. -Вып. 1 (79).-С. 104-106.

16. Кантемиров И.Ф. и др. Обеспечение ресурса монтажных высокопрочных труб: Методические рекомендации / И.Ф. Кантемиров, C.B. Кравченко, А.Р. Зайнуллина. - Уфа: МНТЦ «БЭСТС», 2005. - 836 с.

17. Зайнуллин P.C. Ресурс элементов трубопроводных систем. - Уфа: МНТЦ «БЭСТС», 2005. - 836 с.

18. Зайнуллин P.C. и др. Торможение развития разрушения нефтепроводов испытаниями / P.C. Зайнуллин, А.Г. Пирогов, Л.П. Худякова.

- Уфа: Мир печати, 2005. - 224 с.

Методическое издание

РАСЧЕТЫ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ БАЗОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ

Методические рекомендации

Фонд содействия развитию научных исследований Подписано к печати 05.10.2010 г. Бумага писчая. Заказ №31. Тираж 100 экз. Ротапринт ГУП «ИПТЭР» РБ. 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3