ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.02.2024
Просмотров: 32
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
для механического повреждения (вмятина)
Диаметр d,
Глубина а,
Толщина стенки h,
Наружный диаметр трубы D
Область применения формулы
0<<2 (2.2)
(2.3)
3 Расчет коэффициентов интенсивности напряжений (КИН) эквивалентных дефектов
Исследование часто встречающихся в магистральных трубопроводах одиночных трещиноподобных несплошностей можно свести к рассмотрению поверхностной полуэллиптической трещины. Для описания теоретического распределения полей напряжений в упругом теле вблизи вершины трещины наиболее широко используются подходы, основанные на концепции коэффициента интенсивности напряжений (КИН).
В зависимости от способа деформирования при растрескивании материала различают три типа деформации: I- отрыв, II- поперечный сдвиг, III-продольный сдвиг. Наиболее полно изучены трещины нормального отрыва, характеризуемые коэффициентом интенсивности напряжений КI.
Одним из этапов решения задачи о разрушении элемента конструкции, содержащего трещину, является оценка КИН аналитическим, экспериментальным методом или методами вычислительного эксперимента. Для подавляющего большинства практически важных случаев к настоящему времени получены формулы для расчета КИН. С учетом этих формул расчет КИН сводится к предварительному анализу напряженно-деформированного состояния конструкции с трещиной; схематизации реальной трещины расчетным аналогом, формированию расчетных значений напряжений и непосредственно расчету значения КИН по формулам.
При расчете КИН в магистральных трубопроводах в большинстве случаев достаточно использовать линейный по толщине стенки закон распределения номинальных напряжений. В этом случае решение для КИН в вершинах полуосей (точки А и В) имеет вид:
(3.1)
(3.2)
(3.3)
(3.4)
(3.5)
(3.6)
(3.7)
Здесь а и в – полудлина и глубина полуэллиптической трещины, величина схематизированного напряжения соответственно на поврежденной и неповрежденной поверхности трубопровода. Коэффициенты Н
А и НВ при изгибных напряжениях Sв определяются формулами:
, (3.8)
Эти решения справедливы при условии
, <0,5, <0,8.
Задание: рассчитать и
4 Критерии статической прочности
Статическое разрушение трубопровода происходит при выполнении хотя бы одного из следующих условий:
1) Среднее условное напряжение в нетто-сечении достигает предела прочности или текучести металла. Расчетные сопротивления растяжению (сжатию) R1 и R2 следует определять по формулам:
; ;=265,2 (4.1)
где – нормативное сопротивление, равное наименьшему значению временного сопротивления разрыву материла труб применяемые по ГОСТу или ТУ на соответствующие виды труб, (см. табл.);
– нормативное сопротивление, равное наименьшему значению предела текучести при растяжении, сжатии и изгибе материала труб, принимаемое по ГОСТу или ТУ на соответствующие виды труб (см. табл.);
m1 – коэффициент условий работы материала труб при разрыве, равный 0,8;
m2 – коэффициент условий работы трубопровода, величина которого принимается в зависимости от транспортируемой среды: для токсичных, горячих, взрывоопасных и сжиженных газов – 0,6; для инертных газов (азот, воздух и т.п.) или токсичных, взрывоопасных и горючих жидкостей – 0,75; для инертных жидкостей – 0,9;
К1 – коэффициент однородности материла труб: для бесшовных труб из углеродистой и для сварных труб из низколегированной ненормализованной стали К1=0,8, для сварных труб из углеродистой и для сварных труб из нормализованной низколегированной стали К1=0,85.
Для линейных участков трубопроводов, где оболочка находится в безмоментном состоянии, толщина стенки должна удовлетворять требованию
при -> (4.2)
Таблица
Механические характеристики трубопроводных сталей
при <0,75, (4.3)
где Р – рабочее давление в данной точке трубопровода с учетом высотного уровня трассы;
D – наружный диаметр трубы;
n – коэффициент перегрузки рабочего давления в трубопроводе, равный 1,2;
m1 – коэффициент условий работы материала труб при повышенных температурах, для условий работы принимается равным 1;
- коэффициент несущей способности; для эллиптической формы; для гладких и сварных при отложении радиуса изгиба трубы к наружному диаметру ; ; при и более.
Это условие будет удовлетворено, если рабочее давление ограничивается выражением
. (4.4)
Окружные (кольцевые) напряжения в трубе определяются по формуле
. (4.5)
Это напряжение должно удовлетворять условию недопустимости пластических деформаций в стенке трубы:
. (4.6)
Из последних двух выражений следует еще одно ограничение по рабочему давлению:
. (4.7)
Для участков трубопровода, находящихся в сложных условиях залегания, напряженное состояние отличается от безмоментного.
2) Зарождение трещины в вершине дефекта происходит при достижении определенной истинной деформации е=еК, где предельная деформация еК вычисляется по известному значению :
(4.8)
3) Разрушение трубы с трещиной по типу нормального отрыва происходит при выполнении определенного условия по коэффициенту интенсивности напряжений К1 или деформаций К1е
. (4.9)
Значение К1е вычисляются по формуле:
, (4.10)
(4.11)
при (4.12)
при при > (4.13)
где - разрушающее (критическое) напряжение в лабораторном образце, в котором искусственно создана трещина глубиной 0,5h; - параметр деформационного упрочнения; I – коэффициент, учитывающий двухосность напряженного состояния трубы; Рес – показатель, зависящий от механических характеристик металла.
4) Разрушение трубы с трещиной при сочетании нормального отрыва со сдвигом (например, для эллиптических и полуэллиптических трещин) можно оценить по модифицированному энергетическому критерию разрушения
(4.14)
где G1, G2, G3 – интенсивности высвобождения энергии деформации трубы при соответствующих парциальных нагружениях;
G1с, G2с, G3с – соответствующие удельные работы разрушения
(4.15)
где Е=1011Н/м2 – модуль Юнга, =0,25 - коэффициент Пуассон
Задание: рассчитать ограничение по рабочему давлению
Диаметр d,
Глубина а,
Толщина стенки h,
Наружный диаметр трубы D
Область применения формулы
0<<2 (2.2)
(2.3)
3 Расчет коэффициентов интенсивности напряжений (КИН) эквивалентных дефектов
Исследование часто встречающихся в магистральных трубопроводах одиночных трещиноподобных несплошностей можно свести к рассмотрению поверхностной полуэллиптической трещины. Для описания теоретического распределения полей напряжений в упругом теле вблизи вершины трещины наиболее широко используются подходы, основанные на концепции коэффициента интенсивности напряжений (КИН).
В зависимости от способа деформирования при растрескивании материала различают три типа деформации: I- отрыв, II- поперечный сдвиг, III-продольный сдвиг. Наиболее полно изучены трещины нормального отрыва, характеризуемые коэффициентом интенсивности напряжений КI.
Одним из этапов решения задачи о разрушении элемента конструкции, содержащего трещину, является оценка КИН аналитическим, экспериментальным методом или методами вычислительного эксперимента. Для подавляющего большинства практически важных случаев к настоящему времени получены формулы для расчета КИН. С учетом этих формул расчет КИН сводится к предварительному анализу напряженно-деформированного состояния конструкции с трещиной; схематизации реальной трещины расчетным аналогом, формированию расчетных значений напряжений и непосредственно расчету значения КИН по формулам.
При расчете КИН в магистральных трубопроводах в большинстве случаев достаточно использовать линейный по толщине стенки закон распределения номинальных напряжений. В этом случае решение для КИН в вершинах полуосей (точки А и В) имеет вид:
(3.1)
(3.2)
(3.3)
(3.4)
(3.5)
(3.6)
(3.7)
Здесь а и в – полудлина и глубина полуэллиптической трещины, величина схематизированного напряжения соответственно на поврежденной и неповрежденной поверхности трубопровода. Коэффициенты Н
А и НВ при изгибных напряжениях Sв определяются формулами:
, (3.8)
Эти решения справедливы при условии
, <0,5, <0,8.
Задание: рассчитать и
| № варианта | а, мм | в, мм | , Н/м2 | , Н/м2 | t, ч |
| 0 | 8 | 6 | 107 | 106 | 2 |
| 1 | 9 | 7 | 107 | 106 | 2 |
| 2 | 10 | 7 | 107 | 106 | 2 |
| 3 | 11 | 8 | 107 | 106 | 4 |
| 4 | 12 | 8 | 107 | 106 | 4 |
| 5 | 13 | 8 | 107 | 106 | 4 |
| 6 | 14 | 9 | 107 | 106 | 6 |
| 7 | 15 | 9 | 107 | 106 | 6 |
| 8 | 16 | 9 | 107 | 106 | 6 |
| 9 | 17 | 9 | 107 | 106 | 6 |
4 Критерии статической прочности
Статическое разрушение трубопровода происходит при выполнении хотя бы одного из следующих условий:
1) Среднее условное напряжение в нетто-сечении достигает предела прочности или текучести металла. Расчетные сопротивления растяжению (сжатию) R1 и R2 следует определять по формулам:
; ;=265,2 (4.1)
где – нормативное сопротивление, равное наименьшему значению временного сопротивления разрыву материла труб применяемые по ГОСТу или ТУ на соответствующие виды труб, (см. табл.);
– нормативное сопротивление, равное наименьшему значению предела текучести при растяжении, сжатии и изгибе материала труб, принимаемое по ГОСТу или ТУ на соответствующие виды труб (см. табл.);
m1 – коэффициент условий работы материала труб при разрыве, равный 0,8;
m2 – коэффициент условий работы трубопровода, величина которого принимается в зависимости от транспортируемой среды: для токсичных, горячих, взрывоопасных и сжиженных газов – 0,6; для инертных газов (азот, воздух и т.п.) или токсичных, взрывоопасных и горючих жидкостей – 0,75; для инертных жидкостей – 0,9;
К1 – коэффициент однородности материла труб: для бесшовных труб из углеродистой и для сварных труб из низколегированной ненормализованной стали К1=0,8, для сварных труб из углеродистой и для сварных труб из нормализованной низколегированной стали К1=0,85.
Для линейных участков трубопроводов, где оболочка находится в безмоментном состоянии, толщина стенки должна удовлетворять требованию
при -> (4.2)
Таблица
Механические характеристики трубопроводных сталей
| ГОСТ на трубы | Марки стали | , МПа | , МПа |
| 8711-74 | 10 20 10Г2 | 151 412 471 | 216 245 265 |
| | | | 206 245 245 |
| 10705-80 (в термообработанном состоянии) | 10 ВСт1сп | 111 172 | 206 225 |
| 10705-80 (без термообработки) | 20 10 ВСт1сп 15,20 | 412 111 192 172 | 245 Согласно сертификату или рез-м исп. |
| 550-75 | 20 10Г2 15х5 15х15М 15х5вФ 15х5МУ 12х8вФ | 411 470 192 192 192 588 192 | 255 260 216 216 216 412 167 |
| 9940-81 | 08х18Н10Т 12х18Н10Т 10х17Н11М2Т | 520 529 529 | Согласно сертификату или рез-м испыт. |
| 9941-81 | 08х18Н10Т 12х18Н10Т 10х17Н11М2Т | 520 529 529 | Согласно сертификату или рез-м испыт. |
| ТУ 14-1-460-75 | 12х1МФ | 441 | 260 |
при <0,75, (4.3)
где Р – рабочее давление в данной точке трубопровода с учетом высотного уровня трассы;
D – наружный диаметр трубы;
n – коэффициент перегрузки рабочего давления в трубопроводе, равный 1,2;
m1 – коэффициент условий работы материала труб при повышенных температурах, для условий работы принимается равным 1;
- коэффициент несущей способности; для эллиптической формы; для гладких и сварных при отложении радиуса изгиба трубы к наружному диаметру ; ; при и более.
Это условие будет удовлетворено, если рабочее давление ограничивается выражением
. (4.4)
Окружные (кольцевые) напряжения в трубе определяются по формуле
. (4.5)
Это напряжение должно удовлетворять условию недопустимости пластических деформаций в стенке трубы:
. (4.6)
Из последних двух выражений следует еще одно ограничение по рабочему давлению:
. (4.7)
Для участков трубопровода, находящихся в сложных условиях залегания, напряженное состояние отличается от безмоментного.
2) Зарождение трещины в вершине дефекта происходит при достижении определенной истинной деформации е=еК, где предельная деформация еК вычисляется по известному значению :
(4.8)
3) Разрушение трубы с трещиной по типу нормального отрыва происходит при выполнении определенного условия по коэффициенту интенсивности напряжений К1 или деформаций К1е
. (4.9)
Значение К1е вычисляются по формуле:
, (4.10)
(4.11)
при (4.12)
при при > (4.13)
где - разрушающее (критическое) напряжение в лабораторном образце, в котором искусственно создана трещина глубиной 0,5h; - параметр деформационного упрочнения; I – коэффициент, учитывающий двухосность напряженного состояния трубы; Рес – показатель, зависящий от механических характеристик металла.
4) Разрушение трубы с трещиной при сочетании нормального отрыва со сдвигом (например, для эллиптических и полуэллиптических трещин) можно оценить по модифицированному энергетическому критерию разрушения
(4.14)
где G1, G2, G3 – интенсивности высвобождения энергии деформации трубы при соответствующих парциальных нагружениях;
G1с, G2с, G3с – соответствующие удельные работы разрушения
(4.15)
где Е=1011Н/м2 – модуль Юнга, =0,25 - коэффициент Пуассон
Задание: рассчитать ограничение по рабочему давлению
| № варианта | m1 | m2 | K1 | h,мм | R2, МПа | D, мм |
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 | 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 | 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,85 0,85 0,85 0,85 | 3 3 6 6 6 6 6 8 8 10 | 245 245 265 265 265 265 265 412 412 520 | 114 114 159 219 219 273 273 320 320 412 |