Оценка прочности оболочечных конструкций технологического оборудования с трещиноподобными дефектами

• Автор: Сигова, Елена Михайловна
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 233 с. : ил.

Содержание

Введение
1 Дефектность, разрушения и запасы прочности оболочечных эле- 10 ментов конструкций
1.1 Особенности изготовления, дефектность и аварийность оболочечных конструкций
1.2 Обзор исследований и задач расчета оболочечных элементов конструкций
1.3 Критерии предельных состояний, допускаемые напряжения и запасы прочности элементов конструкций
1.4 Постановка задач исследования и обоснования запасов прочности оболочек с дефектами
2 Детерминированные и вероятностные оценки коэффициентов 40 запаса оболочечных конструкций
2.1 Система коэффициентов запаса оболочечных элементов кон
струкций
2.2 Установление взаимосвязи между коэффициентами запаса по 21 напряжениям и критериям механики разрушения
2.3 Вероятностно-статистическая оценка коэффициентов запаса
3 Расчетная оценка напряженно-деформированного состояния и 68 коэффициентов запаса оболочечных элементов конструкций
3.1 Обоснование применяемых моделей и методов анализа на
пряженно-деформированного состояния
3.2 Анализ напряжений, деформаций и запасов прочности
3.3 Особенности напряженно-деформированного состояния и
коэффициентов запаса в области трещиноподобных дефектов

3.4 Численная оценка коэффициентов интенсивности напряже

4 Расчетно-экспериментальное исследование и обоснование коэф
фициентов запаса оболочечных конструкций в условиях усталостного разрушения
4.1 Экспериментальное исследование развития трещин в оболо- 121 чечных конструкциях
4.2 Расчетно-экспериментальная оценка скорости роста устало- 126 стных трещин
4.3 Динамика коэффициентов запаса в связи с кинетикой устало- 136 стных трещин
4.4 Обоснование коэффициентов запаса с учетом трещинопо- 146 добных дефектов
Основные результаты и выводы
Список использованных источников
Приложение А. Общая характеристика дефектности оборудования
Приложение Б. Характеристика аварий резервуаров
Приложение В. Определения запасов прочности
Приложение Г. Вариантное моделирование граничных условий
Приложение Д. Экспериментальные повреждения образцов
Приложение Е. Зависимости коэффициентов запаса от длины трещины 217 Приложение Ж. Акты внедрения

Введение
Актуальность темы. Оболочки различных размеров и конфигураций являются основными несущими элементами конструкций большинства изделий химического, нефтегазового, металлургического, энергетического, транспортного и других отраслей машиностроения. Проектирование этих конструкций выполняется в соответствии с разработанными и внедренными в течение последних нескольких десятилетий отраслевыми нормативными документами по расчетам на прочность. Характерной особенностью отраслевых норм расчета является то, что рекомендуемые коэффициенты запаса изменяются в широком диапазоне, а влияние возможных дефектов сплошности материала в большинстве случаев не учитываются.
Вместе с тем, как показывает анализ большого объема статистических данных результатов неразрушающего контроля, значительная часть эксплуатируемых оболочечных конструкций содержит трещиноподобные дефекты с варьирующимися в широких пределах размерами, конфигурацией и локализацией в конструкции. Развитие этих дефектов приводит к возникновению аварийных ситуаций и катастрофических разрушений, что наблюдается для технологического оборудования практически всех отраслей промышленности.
Коэффициенты запаса по критериям предельных состояний, обусловленных наличием и развитием трещиноподобных дефектов, по мере развития последних могут снизиться в десятки раз, достигая предельно низких величин, соответствующих возможности хрупких и усталостных разрушений при эксплуатационных нагрузках, тогда как запасы по номинальным напряжениям остаются достаточными для обеспечения прочности и соответствуют нормативным. В настоящее время отсутствует достоверная информация о фактических коэффициентах запаса по указанным критериям. Для этих коэффициентов отсутствуют не только рекомендуемые

1.4 Постановка задач исследования и обоснования запасов прочности оболочек с дефектами
В течение нескольких десятилетий проектные расчеты несущих оболочек конструкций выполняются в соответствии с методиками, разработанными на базе моделей и методов механики деформируемого твердого тела с учетом конфигурации, размеров и условий эксплуатации конструируемых элементов. Следует подчеркнуть, что эффективность расчета прочности конструкций (т.е. их фактическая несущая способность и надежность) в равной степени зависит как от точности определения НДС, так и от обоснованности уровня допускаемых напряжений (запасов прочности). Если модели и методы оценки НДС достигли высокой степени обоснованности и точности, то этого нельзя сказать о рекомендуемых коэффициентах запаса прочности. При этом для оболочечных элементов аналогичных конфигураций, используемых в составе оборудования, применяемого в различных отраслях, при проектировании могут быть приняты различные коэффициенты запаса в соответствии с отраслевыми нормами проектирования.
Эти расчеты обеспечили возможность проектирования и эксплуатации несущих элементов сосудов, аппаратов и оборудования других типов в широком диапазоне конструктивных параметров, геометрических особенностей, требований к статической и циклической прочности. Вместе с тем, применяемые расчетные методики, будучи построенными на ряде допущений, ограничивают возможности более полного использования потенциальных возможностей оборудования. Необходимо в качестве основных указать следующие допущения. Материал конструкции является сплошным и бездефектным. В элементах конструкции реализуется преимущественно двумерное напряженное состояние в соответствии с теорией тонких оболочек.