Разработка моделей предельного состояния, усталости и надежности тонкостенных конструкций с технологическими и эксплуатационными дефектами

• Автор: Миронов, Анатолий Алексеевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 237 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Анализ исследований по теме диссертации
1.1 Дефекты и причины отказов тонкостенных конструкций
1.2 Влияние коррозии на прочность тонкостенных конструкций
1.3 Предельное состояние конструкций с трещинами
1.4 Развитие усталостного разрушения в концентраторах напряжений
1.5 Влияние остаточных деформаций на прочность и ресурс
тонкостенных конструкций
1.6 Надежность тонкостенных конструкций с дефектами
1.7 Достоверность неразрушающих методов контроля
1.8 Выводы по первой главе
2 Объединенная модель образования и роста усталостных трещин в концентраторах напряжений
2.1 Постановка задачи
2.2 Модель накопления усталостных повреждений
2.3 Модель зарождения усталостного разрушения при неоднородном НДС
2.4 Модель роста усталостной трещины в поврежденном материале
2.5 Определение начального размера трещины
2.6 Экспериментальное исследование зарождения трещины в
концентраторе напряжений в условиях МЦУ
2.7 Нелинейная модель накопления повреждений для описания малоцикловой усталости при блочном нагружении
2.8 Выводы по второй главе
3 Модели предельного состояния и живучести тонкостенных
конструкций с дефектами
3.1 Модель предельного состояния цилиндрической оболочки
с локальным износом толщины стенки

3.2 Модель предельного состояния тонкостенных конструкций
с несквозными трещинами
3.3 Живучесть тонкостенных конструкций с остаточными деформациями
3.4 Выводы по третьей главе
4 Модели оценки надежности тонкостенных конструкций с дефектами поданным технического диагностирования
4.1 Постановка задачи
4.2 Модель надежности тонкостенных конструкций
с дефектами сварных швов
4.3 Статистический подход к анализу результатов
неразрушающего контроля
4.4 Модель надежности цилиндрических оболочек в условиях
коррозии с учетом локального износа толщины стенки
4.5 Выводы по четвертой главе
5 Решение прикладных задач
5.1 Надежность сварных соединений в условиях статического нагружения
5.2 Надежность сварных соединений в условиях циклического нагружения
5.3 Надежность сосудов давления в условиях циклического нагружения
5.4 Задача определения необходимого объема контроля сварных
соединений крупногабаритных металлоконструкций
5.5 Анализ влияния неравномерности коррозионного износа
на оценку ресурса трубопровода
5.6 Учет коррозионного износа при определении ресурса работы
сосудов из условия циклической прочности
5.7 Выводы по пятой главе
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы
Приложение А (справочное) Копии актов использования результатов диссертационного исследования

Введение
Актуальность темы исследования определяется особенностью современного этапа развития техники и технологии, на котором большое значение приобретает проблема комплексного обеспечения безопасности потенциально опасных объектов техносферы. Данная проблема соответствует приоритетному направлению развития науки, технологий и техники в Российской Федерации «Рациональное природопользование» и критическим технологиям предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, утвержденных Указом Президента РФ № 899 от 7 июля 2011 г.
Большое значение проблемы безопасности в техносфере для России обусловлено значительной протяженностью нефте-, газо- и продуктопроводов, развитыми энергетическим комплексом и химической промышленностью, большим парком резервуаров. В общей сложности на территории Российской Федерации эксплуатируется более 100 тысяч опасных производственных объектов.
Источники возникновения чрезвычайных ситуаций относятся к трем сферам - человеческий фактор, техногенный фактор и природный фактор. В технической сфере для решения проблемы обеспечения безопасности используются достижения в области прочности машин, конструкций и средств их диагностирования. Приоритетом в данной сфере является предупреждение чрезвычайных ситуаций, что требует разработки комплексных подходов к прогнозированию состояния технических объектов по критериям прочности, ресурса, живучести и надежности.
Анализ аварийных разрушений металлоконструкций показывает, что наиболее частыми причинами являются дефекты сварки, процессы усталости и коррозии металла. Нормы и методы расчетов на прочность при проектировании, как правило, только косвенно учитывают возможность повреждения конструкций через введение общих коэффициентов запаса прочности. Для конструкций в

разрушения Кус. Характерным представителем зависимостей второго вида является формула, предложенная в работе [104]:
у = с[(АХ-ДХ„)/(х/с-Дх)]т. (1.11)
Влияния на скорость РУТ ряда факторов, и прежде всего асимметрии цикла нагружения, получило свое объяснение в рамках явления пластического смыкания берегов трещины, установленного Эльбером [105]. Смыкание берегов трещины при нагрузке, превышающей минимальное значение цикла нагружения, обусловлено наличием за фронтом трещины пластически деформированного материала. Наиболее существенно данный эффект проявляется в тонкостенных элементах конструкций при минимальной стесненности пластического деформирования в вершине трещины. Учет данного явления выполняется введением эффективного КИН, определяемого разностью значений КИН при максимальной нагрузке и нагрузке в момент открытия трещины.
Полуэмпирический характер зависимостей (1.10), (1.11) накладывает ограничения на их практическое применение. Изменение вида напряженного состояния, истории нагружения требуют экспериментальной корректировки параметров, входящих в уравнения скорости РУТ.
Учет влияния на скорость РУТ различных конструктивно -технологических и эксплуатационных факторов может быть выполнен при описании роста трещины на основе моделей накопления повреждений [97], [98], [99]. В этом случае отличие условий эксплуатации конструкции от условий испытания лабораторных образцов учитывается в рамках используемой модели накопления повреждений.
Особенностью задач, связанных с развитием несквозных усталостных трещин, является необходимость описания формы трещины. В работах [106], [107] показано, что фронт несквозной трещины имеет эллиптический вид. Отсюда следует, что геометрия несквозной трещины описывается двумя параметрами -размерами полуосей эллипса си/?. Записав уравнения (1.10) для скорости РУТ в направлении полуосей и взяв их отношение, авторы работ [106], [107] получили