Методология оценки несущей способности магистральных трубопроводов с локальными дефектами

• Автор: Захаров, Михаил Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 285 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. МЕТОДЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И АНАЛИЗА ЛОКАЛЬНЫХ ДЕФЕКТОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
1.1 Методы и средства диагностирования технического состояния линейной части магистральных трубопроводов
1.2 Типы и классификация локальных дефектов трубопроводов
1.3 Применяемые подходы к оценке опасности локальных дефектов трубопроводов
1.4 Выводы по главе 1 и постановка задач исследования
Глава 2. АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ В ЗОНАХ ЛОКАЛЬНЫХ ДЕФЕКТОВ ТРУБОПРОВОДОВ
2.1 Обоснование применения метода конечных элементов для решения задачи
2.2 Анализ напряженно-деформированного состояния
в двухмерных упругих задачах
2.2.1 Используемые соотношения и алгоритмы метода конечных элементов
2.2.2 Расчетные схемы для дефектов типа потери металла
2.2.3 Расчетные схемы для дефектов типа расслоений

2.3 Анализ НДС в зоне дефектов труб при трехмерной постановке задач и границы применимости двухмерных расчетных схем
2.4 Исследование НДС в зоне локальных дефектов труб с учетом упругопластического поведения материала
2.4.1 Алгоритмы расчета и решения тестовых
задач
2.4.2 Примеры упругопластического анализа НДС
в зоне острых и гладких дефектов труб..
2.5 Анализ НДС в зоне локальных дефектов труб, расположенных в области сварных швов
2.6 Выводы по главе
Глава 3. ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ЛОКАЛЬНЫМИ ДЕФЕКТАМИ
3.1 Оценка прочности труб с гладкими дефектами
3.2 Оценка прочности труб с острыми дефектами
3.2.1 Существующие критерии механики разрушения
3.2.1.1 Коэффициент интенсивности напряжений
3.2.1.2 И - интеграл
3.2.1.3 Раскрытие трещины в вершине
3.2.2 Влияние трещиноподобных дефектов на несущую способность труб
3.2.3 Алгоритмы применения МКЭ к расчету критериев разрушения и решение тестовой задачи
3.3 Оценка несущей способности труб по результатам расчета на "гарантированную прочность"

3.4 Сравнительный анализ результатов расчетов с применением различных критериев прочности и определение областей применения критериев
3.5 Выводы по главе
Глава 4. РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЯ РАЗРУШЕНИЯ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ В ЗОНАХ ЛОКАЛЬНЫХ ГЛАДКИХ И ОСТРЫХ ДЕФЕКТОВ
4.1 Экспериментальные исследования характера разрушения трубных сталей в зонах гладких и острых концентраторов
4.1.1 Исследование свойств и разрушения
стали 17ГС
4.1.2 Исследование свойств и разрушения
стали Х60
4.2 Обобщенный критерий разрушения трубных сталей в зонах локальных гладких и острых концентраторов
4.3 Экспериментальное исследование разрушения трубных сталей в зонах острых концентраторов, нанесенных в области сварных швов
4.3.1 Разрушение в зоне сварного шва
стали 17ГС
4.3.2 Разрушение в зоне сварного шва
стали Х
4.4 Экспериментальные исследования разрушения стали 17ГС в зонах острых концентраторов при повторном нагружении
4.5 Выводы по главе

а допускаемое относительное утонение:

[а] =
Первые подходы к оценке прочности трубопровода с локальными дефектами стенки были сформулированы более 35 лет назад [136]. Основой их явились экспериментальные исследования разрушения цилиндрических сосудов давления, изготовленных из различных марок сталей, и теоретические исследования. Главным допущением теоретических исследований являлось предположение об идентичном поведении сквозной трещины в цилиндрической оболочке, нагруженной внутренним давлением, и в плоской пластине с толщиной оболочки, нагруженной растягивающим напряжением:
а = М • ае. (1.5)
Величина коэффициента М (коэффициента Фолиаса) зависит от длины трещины, радиуса кривизны цилиндрической оболочки и толщины стенки.
Следовательно, критическую величину напряжения (ст*е), при котором начинает распространяться трещина в цилиндрической оболочке, можно выразить через критическое напряжение в плоской пластине а”:
сто = М"1 • о*. (1.6)
В работе [121] проведен анализ этого подхода и приведены зависимости для определения величины коэффициента Фолиаса, предложенные различными авторами на основе собственных экспериментальных исследований. Дан анализ этих зависимостей и сформулированы рекомендации по их использованию. В том числе рекомендуется выражение (1.6) использовать в следующем виде:
0*6 = М'1 • Стер, (1.7)