Главная -> Словарь

Усталостной долговечности

7.2. Малоцикловая коррозионно-усталостная прочность материалов ГМР и компенсаторов

7.3. Коррозионно-усталостная прочность сплавов сильфонов УЧЭ КИП и А

7.2. МАЛОЦИКЛОВАЯ КОРРОЗИОННО-УСТАЛОСТНАЯ ПРОЧНОСТЬ МАТЕРИАЛОВ ГМР И КОМПЕНСАТОРОВ......................137

7.3. КОРРОЗИОННО-УСТАЛОСТНАЯ ПРОЧНОСТЬ СПЛАВОВ сильоонов УЧЭ КИП и А...............................................................139

Для изготовления труб применяется полипропилен с очень низким показателем текучести расплава, причем работают при температурах 240 — 250 °С. Полипропиленовые трубы выдерживают окружные напряжения от 60 до 80 кгс/см2. Усталостная прочность, вероятно, средняя между усталостной прочностью полиэтилена низкого давления и непластифицированного поливинил-хлорида ; трубы из полипропилена становятся хрупкими при О °С. Особый интерес может представить применение этих труб для подачи жидкостей при повышенных температурах.

Погнутые валы выправляют механически в холодном состоянии или при нагреве. Первый способ прост и позволяет добиться достаточной точности, но при этом на отдельных участках вала возникают перенапряжения, вследствие чего заметно снижается его усталостная прочность. Правку проводят при помощи домкрата или пресса. На рис. 2.27 показан пресс для правки валов, устанавливаемый на направляющие станка. Выпрямленный вал 3 располагают в центрах станка. После определения деформации, которую необходимо устранить, задний центр станка немного отжимают и вал опускают на призмы 4, установленные на опоре нижнего винта 6. Правку вала осуществляют винтом /, передающим усилие на вал через подпятник 2. Положение призм по диаметру вала регулируют домкратом либо нижним винтом .

Таким образом, поворот детали на определенный угол позволяет выбрать оптимальный объем металла, подвергаемого пластической деформации, при меньших по сравнению с вращением растягивающих и сжимающих напряжениях. В результате осуществления процесса при меньших нагрузках и напряжениях повышается усталостная прочность деталей в процессе эксплуатации, улучшаются их геометрические параметры и предотвращаются случаи разрушения деталей во время правки.

выборе резьбы необходимо стремиться к минимально возможному диаметру стержня болта или шпильки, так как с увеличением диаметра и шага резьбы усталостная прочность болтов понижается.

Выполнение резьб диаметром до 40 — 50 мм методом накатки повышает усталостную прочность соединения, что обусловлено появлением внутренних остаточных напряжений сжатия во впадинах нарезки. Усталостная прочность накатанных резьб сильно зависит от режима накатки. При обычных режимах усталостная прочность повышается на 20 — 40%, т. е. значения Кд для накатанных резьб составляют 1,2 — 1,4 от соответствующих значений для нарезанных резьб.

Факторы, влияющие на коррозионную усталость. Частота изменения напряжений играет большую роль при испытаниях на коррозионную усталость. Чем меньше частота циклов изменения нагрузки, тем ниже и усталостная прочность металла в коррозионной среде.

1 1 Усталостная прочность — - -

В настоящее время прогнозирование усталостной долговечности осуществляется в рамках эмпирических зависимостей. И.споль-зуемые модели могут быть сведены к степенным зависимостям Коффина - Мэнсона и Пэриса .

Действующие строительные нормы и правила СНиП 2.05.06-85 не предусматривают расчета коррозионно-усталостной долговечности магистральных нефтепроводов, эксплуатирующихся в условиях малоцикловой коррозионной усталости. Для оценки надежности магистральных трубопроводов, эксплуатирующихся в условиях воздействия циклических нагрузок, совместно с Г.И. Насыровой был проведен расчет долговечности магистрального трубопровода для указанных условий. Расчет проводился в соответствии с РД 39-0147103-361-86 с учетом имеющихся на трубе концентраторов напряжений в виде заводских сварных соединений и их дефектов с допустимыми размерами, регламентируемыми указанными строительными нормами и правилами. В указанных условиях металл может работать в упругопластической области.

Согласно , расчет коррозионно-усталостной долговечности магистральных нефтепроводов проводился в рамках модели Коф-фина — Мэнсона в виде с учетом поправки на упругую составляющую амплитуды деформации . При этом рассчитанное число циклов до разрушения трубы составило N = 6 254. Следует отметить, что, согласно современным представлениям о долговечности магистральных нефтепроводов, эксплуатирующихся в условиях коррозионно-усталостного нагружения, расчетное число циклов до разрушения должно составить около 12 000 циклов . По данным Урало-Сибирского управления магистральных трубопроводов такая, по порядку величины, цикличность сохраняется и в настоящее время, несмотря на изменение режимов перекачки . При расчете на прочность, как это отмечено выше, СНиП 2.05.06-85 не оговаривает меру использования несущей способности трубопроводов в условиях коррозионной усталости. Другими словами, в действующем СНиП 2.05.06-85 наряду с отсутствием расчета магистральных трубопроводов, эксплуатирующихся в условиях усталости, не приводится величина максимально допустимого уровня кольцевых растягивающих напряжений, определяемого в мировой практике как отношение напряжения в стенке трубы к пределу текучести стали. Исходя из полученного выше результата возникает необходимость в определении максимально допустимого значения этого отношения для реализации установленного ресурса нефтепровода в условиях коррозионно-усталостного нагружения. Это может быть достигнуто на практике путем снижения давления в трубопроводе, увеличением толщины стенки трубы или. применением стали с более высокой группой прочности. Однако в практике эксплуатации действующих трубопроводов для уменьшения упругопластических деформаций до определенного уровня, обеспечивающего реальную коррозионно-усталостную долговечность нефтепровода с учетом

При расчете малоцикловой коррозионно-усталостной долговечности для магистрального нефтепровода, не имеющего катодную защиту , даже при полученном уровне растягивающих кольцевых напряжений трубопровод не выдерживает нормативного срока эксплуатации . Таким образом, кроме своего прямого назначения катодная защита, входящая в состав комбинированной противокоррозионной защиты, предусмотренной СНиП 2.05.06-85, способствует также обеспечению коррозионно-усталостной долговечности магистрального нефтепровода.

При использовании рассмотренного комбинированного подхода к оценке коррозионно-усталостной долговечности необходимо делать корректировку на этап развития трещины. Однако подстановка выбранных выше параметров в выражение показывает, что в самом благоприятном случае дополнительное количество циклов нагружения до разрушения трубы составляет около 800. При этом ошибка прогнозирования при его изготовлении и эксплуатации под воздействием механических напряжений, как правило, сопровождающихся одновременным воздействием окружающей коррозионно-активной среды. Величина и характер этих изменений существенно влияют на физико-механические и электрохимические свойства металлов, вызывая значительные отклонения параметров его исходного состояния. Это может привести к материально-техническим потерям из-за преждевременного выхода из строя металлического оборудования и необходимости его замены еще до выработки нормативного срока службы. Особенно интенсивно изменения субструктуры металла происходят при действии переменных нагрузок, причем эти изменения отличаются сложной кинетикой протекания , включающей в себя чередование стадий деформационного упрочнения и разупрочнения. Этот факт при общепринятой оценке усталостной долговечности не учитывается, и на макроуровне все материалы однозначно делятся на циклически упрочняющиеся, циклически стабильные и разупрочняю-щиеся. Поэтому при определении усталостной долговечности материалов различного оборудования необходим тщательный учет состояния их тонкой структуры в течение всего времени эксплуатации при заданных параметрах нагружения. Это возможно выполнить, так как существующие физические и электрохимические методы исследований инструментально позволяют оценить локальные явления при усталости и коррозионной усталости. Между тем существующие нормы и методы расчета на прочность и долговечность оборудования, работающего в сложных, периодически изменяющихся, зачастую осложненных действием коррозионной среды условиях

Предложенный метод прогнозирования усталостной долговечности практически реализуется следующим образом. Образец материала металлической конструкции через определенное число циклов нагружения на усталостной машине в условиях, соответствующих эксплуатационным, подвергается рентгенографированию. Причем частота съема должна быть наибольшей в области циклической ползучести полной кривой усталости . На основании полученных характерных зависимостей Ad/d = f прослеживается кинетика субструктурных изменений в материале конструкций, предопределяющих его разрушение. Полученные таким образом зависимости подробно рассмотрены в . Исходя из анализа построенных зависимостей производится определение усталостной долговечности. Подобный анализ позволяет установить реальные возможности исследуемого материала и назначить оптимальный ресурс его работы. Кроме того, наличие таких зависимостей как паспортных данных материала для конкретных условий эксплуатации позволяет выбрать оптимальные, с точки зрения усталостной выносливости конструкции, материалы для ее изготовления и режим нагружения. Также возможно определение и коррозионно-усталостной долговечности .

Рис. 40. Определение усталостной долговечности по изменению уровня микроискажений кристаллической решетки стали 12Х18Н10Т

Рис. 41. Определение усталостной долговечности по изменению уровня микроискажений кристаллической решетки стали 12Х18Н10Т

тивлении переменным нагрузкам. Расчет усталостного ресурса материалов металлических конструкций с помощью предложенного метода позволяет значительно и обоснованно его повысить и снизить в связи с этим расход дорогостоящих материалов. Метод технологически несложен и легко может быть реализован при наличии усталостной машины и серийно выпускаемых промышленностью рентгеновских аппаратов ДРОН, УРС. Следует также отметить возможность применения метода и при определении высокочастотной усталостной долговечности, так как кинетика процесса и в этом случае может быть прослежен^ по анализу зависимости Ad/d от N. Кроме того, метод с успехом может быть использован и в условиях коррозионной усталости, а кинетика изменения микродеформаций кристаллической решетки при этом достаточно четко коррелирует с другими параметрами, отражающими состояние металлов .

верхность образцов оставалась обильно смоченной в течение всего времени испытания вплоть до разрушения. Возможность использования результатов, полученных на плоских образцах, для оценки коррозионно-усталостной долговечности реальных гофрированных оболочек обоснована удовлетворительным совпадением кривых малоцикловой долговечности реальной гофрированной оболочки и материала в виде пластин для случая справедливости деформационно-кинетического критерия по определению предельного состояния и принятого метода расчетного определения напряженно-деформированного состояния при циклическом нагружении гофрированной оболочки, показанная А.П. Гусенковым и др. .