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

KIa - коэффициент интенсивности напряжений (другое известное обозначение для этого параметра Ki);

KIe - коэффициент интенсивности деформаций;

KIaс - предельное значение коэффициента интенсивности напряжений при разрушении в статическом режиме;

KIес - предельное значение коэффициента интенсивности деформаций при статическом режиме;

Индекс I означает, что параметры соответствуют разрушению по первой схеме - схеме отрыва. Кроме того, иногда рассматривают две схемы разрушения путем сдвига, которые могут быть реализованы только при определенных условиях, но при эксплуатации трубопроводов практически не встречаются. В данной работе рассматривается только первая схема разрушения, хотя величина K иногда указана без индекса I.

Параметр KIaс отличается от известного параметра KIс -вязкости разрушения тем, что для измерения последнего параметра необходима большая толщина образцов, значительно больше толщины стенки труб.

И з диаграммы усталостного разрушения видно, что существует несколько характерных областей изменения напряженно-деформированного состояния.

В области AKI < Kth трещина практически не развивается (на базе 107 циклов не наблюдается роста трещины). Величина Kth является пороговой величиной для роста трещины.

В области AKI > K/c трещина не может существовать, так как при AKI = K,; происходит полное разрушение (долом). Величина является предельной величиной для роста трещины.

Область Kth < AKI < K/c можно условно разделить на три (I, II, III) подобласти (рис. 3.12). В подобласти II диаграмма ус-

Рис. 3.12. Расчетная диаграмма усталостного разрушения

талостного разрушения удовлетворительно описывается степенными выражениями, предложенными П. Пэрисом

da = Ca(AKIa)"a (3.60)

и Н.А. М ахутовым

= Ce (AKi, )"e . (3.61)

Параметры С", П", Се ne называются параметрами циклической трещиностойкости металла трубы. Эти параметры определяются по методике, выраженной формулами (3.16)

и (3.17).

В подобластях i и iii (см. рис. 3.12) формулы Пэриса и М ахутова приводят к значительным погрешностям.

П ри оценке циклической долговечности нельзя допускать погрешность в сторону завышения количества Nр, так как это может привести к катастрофическим последствиям при принятии решения по результатам расчета (из-за расчетов не в запас). Погрешности в сторону занижения количества Nр допустимы, так как они идут в запас по долговечности. Поэтому, во-первых, предлагается уравнение Пэриса - Махутова распространить в область малы1х AKIa (или AKIе), как показано на расчетной диаграмме усталостного разрушения (рис. 3.12). Во-вторых, предлагается не рассматривать подобласть iii. Для этого считается долговечность исчерпанной, как только AKIa (или AKIe) по мере роста трещины доходят до границы между подобластями ii и iii кинетической диаграммы циклического разрушения.

Расчетная диаграмма циклического разрушения (см. рис. 3.12) ограничивается значением AKIa = 0,8KIac или AKIе = = 0,8KIеc, где KIac, KIеc - характеристики статической трещи-ностойкости по напряжениям и деформациям, определяемые

по формулам (3.46), (3.48) и (3.49).

Для определенности и для удобства применим расчетную кривую, выраженную через AKie (деформационный подход) и ограничимся значением AKie = 0,8Kiec, где Kie - характеристика статической трещиностойкости по деформациям, определяемая по формулам (3.48) и (3.49).

П оскольку материалы труб обладают значительным запасом пластичности (это является требованием строительных норм и правил), кроме того, рабочие напряжения близки к пределу текучести "т (еще ближе к пределу упругости), то

деформационный подход по формуле (3.61) обладает преимуществом по сравнению с силовым по формуле (3.60).

В соответствии с расчетной диаграммой циклического разрушения, количество циклов Nр на этапе роста трещины при циклическом нагружении определяется по формуле

где а0 - исходная глубина дефекта + трещины; ас - критическая глубина, удовлетворяющая хотя бы одному из условий статического разрушения (см. раздел 8) или условию

AKIe = 0,8KIec.

Формулой (3.62) сложно пользоваться при ручном счете, но с помощью компьютерной программы никаких трудностей в вычислении значения Nр не встречается. При этом по мере численного интегрирования одновременно проверяются все условия разрушения, оговоренные выше в данном разделе. По выполнению хотя бы одного из этих условий прекращается интегрирование и выдаются на печать значения ас и Nр.

При вычислении количества Nр по формуле (3.62) значения AKIe рассчитываются с применением формул (3.28) и (3.29).

3.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ, ДОЛГОВЕЧНОСТИ И ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТРУБ С ДЕФЕКТАМИ

Как отмечалось выше, реально трубопроводы эксплуатируются нестабильно и разнообразно. Изменяются рабочее давление, температура, внешние нагрузки и т.д. При оценке долговечности (в годах) и ресурса (в процентах) в таких сложных условиях эксплуатации применяют принцип линейного суммирования повреждений. По этому принципу при эксплуатации нефтепровода в сложном циклическом режиме происходит накопление повреждений в дефектных местах. Как только на каком-то дефекте накопится суммарное повреждение, равное 1 (или 100 %), здесь и происходит разрыв трубы.

Если труба испытывает простое циклическое нагружение (рабочее давление и амплитуда перепадов постоянные), то повреждения за 1 год