Оценка опасности трещиноподобных дефектов в тонкостенных сосудах давления

• Автор: Анискович, Евгений Валериевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 159 с. : ил.

1 Особенности эксплуатации и аварийность тонкостенных цилиндрических сосудов, работающих под давлением
1.1 Особенности конструктивно-технологического исполнения, условий эксплуатации и аварийности сосудов
1.2 Анализ дефектности сосудов
1.3 Методы анализа напряженно-деформированных и предельных состояний тонкостенных сосудов
1 -4 Особенности анализа предельных состояний сосудов при наличии трещиноподобных дефектов
1.5 Постановка задач исследования
2 Анализ особенностей напряженно-деформированного состояния в области трещиноподобных дефектов
2.1 Формулировка расчетной модели, характеристик нагружения и базовых соотношений для компонент напряженно-деформированного состояния
2.2 Особенности решения задачи при упруго-пластическом деформировании
2.3 Методика расчета, значений коэффициентов интенсивности напряжений К| и .1-интеграла при упругом и упругопластическом деформировании
2.4 Оценка достоверности расчета
3. Оценка опасности трещиноподобных дефектов в тонкостенных сосудах при упругом и упруго-пластическом деформировании

3.1 Исследование напряженно-деформированного состояния
сосуда с трещиноподобным дефектом в упругом случае деформирования
3.2 Особенности напряженно-деформированного состояния в
области трещиноподобного дефекта при упруго-пластическом деформировании
3.3 Определение критических и допустимых размеров дефектов
3.4 Оценка предельных состояний и параметров безопасной
эксплуатации тонкостенных сосудов с дефектами
Основные результаты и выводы
Список использованных источников
Приложения

Актуальность работы. Тонкостенные сосуды из малоуглеродистых и низколегированных сталей являются одним из наиболее распространенных видов оборудования промышленных объектов. Они находят применение в химической и нефтехимической промышленности, используются в аммиачных холодильных установках и установках разделения воздуха, в качестве воздушных ресиверов и пр. В связи с экономическим кризисом в промышленности длительное время не происходит обновление основных фондов. В связи с чем, большинство эксплуатирующихся сосудов выработали нормативные сроки эксплуатации или близки к этим срокам. Продление срока службы сосудов проводится на основе данных экспертизы промышленной безопасности с использованием методов технического диагностирования и неразрушающего контроля. Неотъемлемым элементом экспертизы промышленной безопасности являются поверочные расчеты прочности и долговечности .с учетом комплекса полученной при диагностировании информации о фактическом состоянии сосудов.
Традиционные расчеты прочности тонкостенных сосудов ведутся в предположении отсутствия трещин и трещиноподобных дефектов. В тоже время данные технического диагностирования сосудов с применением методов неразрушающего контроля свидетельствуют о высоких вероятностях наличия таких дефектов. Они могут возникнуть как на стадии изготовления сосудов, так и в процессе их. эксплуатации в зонах повышенных напряжений и деформаций, под действием циклических нагрузок, воздействий агрессивных сред и других факторов, не учитываемых проектными расчетами. При обнаружении дефектов возникает необходимость провести расчет на прочность с учетом трещин и трещиноподобных дефектов с целью получения ответов на вопросы о критических (разрушающих) размерах трещин при заданных рабочих нагрузках, допустимых размерах дефектов и фактических коэффициентах запаса прочности и долговечности. Применительно к толстостенным сосудам
• получения набора численных данных для решения задачи во всей области нагружения;
• использования полученных результатов, графиков и зависимостей инженерами и исследователями.
3) Определение НДС в окрестности и вершине трещины при упругопластическом деформировании материала.
Поскольку решение данной задачи аналитическими методами очень затруднительно принято решение об использовании численного метода. В качестве численного метода был выбран метод конечных элементов (МКЭ) как один из наиболее универсальных инженерных методов. К основным преимуществам МКЭ следует отнести /50-51/:
• Возможность анализа НДС в телах с произвольной конфигурацией границ, что позволяет учитывать различную геометрию трещины.
• Возможность достаточно точно оценивать НДС в зоне трещины путем измельчения сетки конечных элементов и создания сингулярных полей конечных элементов с соответствующими параметрами;
• Возможность легко задавать граничные условия в усилиях и в перемещениях, а также учитывать наличие пластической деформации в конечных элементах. Это позволяет построить простой и интуитивно понятный алгоритм упруго-пластического расчета.
• Погрешность метода конечных элементов составляет 5-10%.
Прочие численные методы (МКР, МГЭ) имеют примерно схожие
характеристики и величины погрешности, выбор МКЭ основан на удобстве его реализации в программных продуктах.
По результатам расчета необходимо получить набор значений компонент напряжений, деформаций и перемещений в каждой точке фронта трещины, соответствующей разбиению расчетной модели на КЭ.
4) Определение максимальных значений Кинтеграла по фронту трещины.