Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 [ 41 ] 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101

3.3.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЕФЕКТОВ ТРУБ

Изучению концентрации напряжений на дефектах элементов конструкций посвящено много работ [54, 55, 58, 60, 79]. Дефекты на магистральных нефтепроводах также изучались достаточно давно и много [6, 48, 57, 62, 74, 75, 89, 90].

С точки зрения оценки прочности и ресурса дефекты следует разделять на две группы: классические и трещиноподоб-ные (с острой вершиной). Для этих групп дефектов используются различные количественные характеристики концентрации напряжений.

Для классических дефектов (с конечным радиусом кривизны в вершине) мерой концентрации напряжений является аа - теоретический коэффициент концентрации напряжений, вычисленный в предположении, что труба находится в упругом состоянии, включая зону дефекта. Параметр аа следующим образом связан с напряжением:

аа аmax/анетто, (3.19)

где аmах - максимальное напряжение в вершине дефекта; анетто - среднее напряжение в нетто-сечении.

Значение анетто следующим образом связано с номинальным напряжением ан:

h (3.20)

h - d

где h - нормальная толщина стенки трубы; d - глубина повреждения или дефекта; (h - d) - остаточная толщина стенки.

Значения параметра аа для дефектов некоторых видов приводятся в справочниках по концентрации напряжений.

При анализе фактического распределения напряжений и деформаций в зоне дефектов и повреждений необходимо учитывать упругопластические деформации в зоне концентрации, введя в расчеты упругопластические коэффициенты концентрации деформаций и напряжений Kf, и Ks:

Kе еуп/енетто; Ks sуп/анетто, (3.21)

где еуп, sуп - максимальные истинные упругопластические соответственно деформации и напряжения в вершине концентратора; 8нетто, анетто - средние условные соответственно деформации и напряжения в нетто-сечении.

Для нетто-сечения условные и истинные значения дефор-

маций и напряжений приблизительно равны между собой

(енетто енетто; sнетто анетто).

Взаимосвязь между параметрами аа, Ks выражается приближенной формулой Нейбера [58], погрешность которой идет в запас прочности:

Ks = аа2. (3.22)

Это же выражение можно переписать следующим образом:

sуп еуп ау еу, (3.23)

где sуп, еуп - максимальные истинные упругопластические соответственно деформации и напряжения в вершине концентратора с учетом реальных свойств материала; ау, 8у -максимальные упругие соответственно напряжения и деформации в вершине дефекта (в предположении, что материал абсолютно упругий).

Значения 8нетто и анетто взаимосвязаны диаграммой деформирования:

анетто енетто ] , /о о.л

= / E У при анетто < ат; (3.24)

енетто = анетто / E I

= аТ-т (Еенетто )m 1

/ л:

при анетто > ат. (3.25)

Деформацию в вершине дефекта емах определяют из формулы

enax еуп Kнетто. (3.26)

Коэффициенты концентрации напряжений упругопласти-ческих деформаций рассчитывают по формулам

=аа+m

2 ан,

при анетто < ат; (3.27)

=аа+т при анетто > ат. (3.27а)

Для трещиноподобных дефектов (трещин, непроваров, острых царапин и др.) теоретический коэффициент концен-

трации напряжений велик (десятки и более), так как радиус скругления в вершине дефекта близок к нулю (менее 0,1 мм). Описывать концентрацию напряжений в таких дефектах с помощью параметра аа нецелесообразно, так как этот параметр очень чувствителен к радиусу скругления р, который в свою очередь трудно измерить, а в большинстве случаев практически неопределен.

Основными характеристиками концентрации напряжений в окрестности трещиноподобных дефектов являются: KI -коэффициент интенсивности напряжений; KIe - коэффициент интенсивности деформаций, которые вычисляются по следующим формулам:

=a,ldY (n); (3.28)

K,e = (K, / a, I )Pe при "нетто < ат I;

(1+m)-m

при "нетто > ат I. (3.29)

Здесь d - глубина дефекта; Y(n) - поправочная функция, учитывающая геометрические особенности дефекта; n = = d/h - относительная глубина дефекта; I - коэффициент, учитывающий двухосность напряженного состояния трубы; Ре - показатель, зависящий от механических характеристик металла

pg = 2 - 0,5 (1 - m )(1 - "нетто / атI) (330)

Напряжения (средние) в брутто- и нетто-сечениях трубы определяются по формулам

а p(D - 2h); (331)

"брутто = 2h ; (3-31)

aнео = iohTdy, (3.32)

где P - давление в трубе; D - наружный диаметр трубы.

П оправочный множитель I на двухосность напряженного состояния приближенно вычисляют по формуле:

I = 1,43 - m(0,36 + 0,8m) при m < 0,54,

I = 1 при m > 0,54. (3.33)