Главная -> Словарь

Малоциклового нагружения

Коррозионному растрескиванию подвергается как основной металл труб, так и сварные соединения. При этом трещина как бы не "замечает" наличия сварного соединения. Поэтому одной из отличительных черт отказов по причине КР является отсутствие жесткой привязки коррозионных трещин к имеющимся геометрическим концентраторам напряжения , как это имеет место в случае коррозионной малоцикловой усталости, которая зарождается и развивается только в концентра-

В связи с этим для данной стали в условиях выбранного режима переменного нагружения может быть установлено допустимое число циклов нагружения , соответствующее окончанию второй стадии процесса — 2 х 104 циклов. При расчете ресурса по зависимостям допустимое расчетное число циклов нагружения при п = 2 в первом случае составило бы 1,4 х Ю4, а во втором - 0,67 х Ю4 . При этом величины "недоиспользованных" ресурсов соответственно составляют 0,6 х Ю4 и 1,33 х Ю4 циклов О^неи™ = ^ппредл - Н,опрасч). При больших коэффициентах запаса прочности величины "недоиспользованных" ресурсов возрастают. Таким образом, установлено, что в условиях малоцикловой усталости проявляется своеобразная "память" материала к повреждениям, полученным в процессе испытаний, а особенности изменения тонкой структуры металла играют решающую роль в его сопро-

Гибкие металлические рукава, сильфоны и компенсаторы в процессе эксплуатации воспринимают изгибающие и осевые нагрузки от перемещений, а также нагрузки от давления перекачиваемой среды. Компенсаторы, кроме того, эксплуатируются в сложных условиях повышенных температур и действия механических нагрузок за счет внутреннего давления продукта, температурных и монтажных деформаций соединяемых ими жестких трубопроводов. В результате в наиболее нагруженных участках гофрированной оболочки- создаются упругопластические деформации, которые вследствие изменяющихся условий эксплуатации носят переменный характер. Долговечность этих конструкций при указанных условиях ограничивается малым числом циклов нагружения, характерным для малоцикловой усталости . Учитывая, что ГМР, компенсаторы и сильфоны используются в различных отраслях промышленности для транспортирования самых разнообразных жидких и

Таким образом установлено, что стойкими к малоцикловой усталости являются сплавы 36НХТЮ и 68НХВКТЮ. Испытания в условиях коррозионной усталости показали незначительную чувствительность последних сплавов и к действию коррозионно-активной среды .

водящие к явлению многоцикловой и малоцикловой усталости.

свидетельствует об изменяющемся характере приложенных напряжений циклов. С увеличением длины трещины скорость ее распространения возрастает, в результате чего увеличивается шероховатость поверхности излома. В области статического долома разрушения носят сдвиговой характер. Макрофрактографические особенности изломов малоцикловой усталости заключаются в строении собственно усталостных изломов. При относительно малом числе циклов нагружения изломы при малоцикловой усталости близки к таковым при статическом растяжении. Разрушение сопровождается заметной макроскопической деформацией . По мере увеличения числа циклов нагружения характер разрушения изменяется от вязкого к хрупкому разрушению. Поверхность собственно усталостного излома более шероховатая и составляет значительно меньшую долю в изломе, чем зона статического долома. Коррозионные среды не изменяют макрофрактографический характер усталостных изломов, хотя механизм усталостного и коррози-онно-усталостного разрушения существенно отличается.

Большинство предложенных уравнений малоцикловой усталости связывают с числом циклов до разрушения N, ам-

Мэнсон на основе деформационного и силового критерия предложил более общее уравнение малоцикловой усталости в амплитудах полной деформации:

В области концентраторов напряжений и участках с разными механическими свойствами реализуется объемное напряженное состояние. Анализ литературных данных показывает, что долговечность при малоцикловой усталости существенно зависит от схемы напряженного состояния. При переходе от одноосного к двухосному напряженному состоянию долговечность снижается до 30%. Долговечность металла при тст = 1,0 примерно в два раза меньше долговечности металла при ma = 0. Однако при использовании, вместо главных деформаций sa - 89 интенсивности деформации EI кривые долговечности практически совпадают.

I При кратковременном растяжении до разрушения в коррозионной среде многие стали практически не изменяют своих механических характеристик, хотя кривые малоцикловой усталости проходят ниже таковых, полученных при испытаниях на воздухе. Это свидетельствует о том, что при испытаниях в ^таких коррозионных средах показатели степени тц должны быть более высокими, чем при испытаниях на воздухе.

величины приложенного напряжения а частоты нагружения. Обычно такие условия наиболее часто возникают пои малоцикловой усталости, когда величины локально приложенных деформаций лежат в упругоплвсти-ческой области, частота нагрукения не превышает 50 циклов в ми-куту, а усталостная долговечность локит в пределах I04...I05 циклов. Установлено, что скорость деформирования лря малощшшвой усталости примерно ь 30 раз меньше, чем ери многоцикловой . При больших скоростях нагрунения трещины усталости растут так быстро, что среда не успевает проникать в cyci-мияродефекты в зоне предразрушения и

Следует отметить, что подавляющая часть повреждений, не связанных с дефектами строительно-монтажного происхождения и воздействием внешних факторов магистральных трубопроводов, транспортирующих жидкие углеводороды, обусловлена, в первую очередь, возникновением и развитием усталостных трещин. Отмеченные выше циклические деформации в металле труб, возникающие за счет изменения давления и температуры перекачиваемого продукта для указанной группы трубопроводов, соответствуют критериям малоциклового нагружения, а в присутствие коррозионных сред вызывают малоцикловую коррозионную усталость металла .

Процессы малоцикловой коррозионной усталости на сплаве титана ВТ1-0 в целом протекают по такому же механизму, как и у стали 18-10, несмотря на различную природу материалов, хотя это различие и сказывается на конкретном ходе зависимостей. Так, максимальные значения уровня микродеформаций здесь достигаются при много меньших числах циклов нагружения, чем на стали 18-10, а их абсолютные величины почти в 2 раза выше. Это приводит к относительно раннему коррозионно-усталостному разрушению сплава, причем на воздухе его усталостная долговечность примерно в 1,5 раза выше, чем в электролите, но и в том, и в другом случае титан обладает значительно более низкой усталостной долговечностью по сравнению со сталью 18-10 . Такое поведение технического титана можно объяснить следующим. Известно, что по своим термодинамическим свойствам титан является химически активным металлом. Однако на его поверхности очень интенсивно образуется тонкая оксидная пассивирующая пленка, отличающаяся более высокой, чем у других металлов, устойчивостью. При этом электрохимическими исследованиями установлено, что титан подвергается сильному химическому действию только в тех средах, в которых защитный слой пленки разрушается и не восстанавливается. В нашем случае в условиях усталостного малоциклового нагружения в связи с развитием больших микропластических деформаций ' хрупкая оксидная пленка разрушается и открывается доступ кислорода воздуха или электролита при коррозионной усталости к термодинамически неустойчивой матрице основного металла. Даже кислород, резко снижая пластичность титана, способствует значительному падению усталостной долговечности на воздухе по сравнению со сталью 18-10. Это подтверждается микротопографи-

В настоящее время, например, трубы нефтепроводов рассчитывают лишь на прочность от действия статических нагрузок, без учета временных факторов разрушения. Между тем нефтепроводы работают в режиме малоциклового нагружения, которое в десятки раз ускоряет процессы повреждаемости металла труб в зоне дефектов и конструктивных концентраторов напряжений. Кроме того,

Выше рассмотренные критерии в основном относятся к статическим нагружениям. В некоторых случаях испытания проводятся циклическим давлением. Нестационарность на-гружения приводит к накоплению повреждений в металле и усталостному разрушению. Для трубопроводов характерна малоцикловая усталость , ускоряемая наличием коррозионных сред. Рассмотрим основные закономерности разрушения в условиях малоциклового нагружения.

При оценке долговечности, например, в условиях малоциклового нагружения, важно знать коэффициент концентрации напряжений.-

Пример 3. Определить ресурс сосуда с исходными данными примера 2, но работающего в условиях малоциклового нагружения при отнулевом цикле: Ртах = РР, Ртт = 0. Коэффициент концентрации напряжений ас=2,2. По данным механических испытаний относительное сужение образца на растяжение до разрушения составляет: \1/-0,55. По формуле определяем коэффициент концентрации пластических деформаций: К?= 2,38.

Предназначена для оценки сроков службы оборудования, работающего в условиях статического и малоциклового нагружения по параметрам гидравлических испытаний и эксплуатации. Испытания проводятся в соответствии с требованиями нормативных документов . Целесообразно совмещение испытаний с контролем металла методом акустической эмиссии.

Рассмотрены основные подходы к оценке долговечности сварных соединений в условиях малоциклового нагружения. Предложены методы расчета малоцикловой долговечности с учетом воздействия рабочей среды и концентрации напряжений. Установлены основные закономерности деформирования сварных соединений со смещением кромок при пластических деформациях.

Рассмотрены основные подходы к оценке долговечности сварных соединений в условиях малоциклового нагружения. Предложены методы расчета малоцикловой долговечности с учетом воздействия рабочей среды и концентрации напряжений. Установлены основные закономерности деформирования сварных соединений со смещением кромок при пластических деформациях. В качестве метода исследования пластических деформаций использован метод муаровых полос. Проведены испытания сварных соединений со смещением кромок в условиях малоциклового нагружения. Установлено, что при определенных геометрических параметрах швов, сварные соединения со смещением кромок могут эксплуатироваться в условиях малоциклово-

Таким образом, установлено, что при обеспечении в сварных соединениях со смещением кромок плавного перехода от металла шва к основному металлу mbs m^ удается достигать достаточной работоспособности в условиях малоциклового нагружения.

10. Бакиев А.В., Зайнуллин Р.С., .Арсланова Ф.К. Повышение долговечности сварных аппаратов со смещением кромок в условиях малоциклового нагружения. - В кн.: Проблемы выявления резервов в нефтеперерабатывающей промышленности: Тезисы докладов к республиканской межотраслевой научно-практической конференции, Уфа, 1980, с. 87-90.