Разработка метода оценки критического коэффициента интенсивности напряжений сварного соединения из тонколистовой стали

• Автор: Рахимкулов, Ринат Ришатович
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 160 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Разрушение конструкционных материалов

1.1 Теория Гриффитса

1.2 Механика разрушения

1.3 Поправка Ирвина на пластичность

1.4 Критерии разрушения

Е4.1 Деформационный критерий разрушения. КРТ-критерий

1.4.2 Энергетический критерий разрушения. .1-интеграл

1.5 Обзор альтернативных методов определения
вязкости разрушения К|С
1.6 Вязкость разрушения на коротких образцах с шевронным надрезом 30 Выводы по главе 1
2 Экспериментальное определение трещиностойкости К|с
2.1 Определение вязкости разрушения К,с по стандартной методике
2.2 Определение вязкости разрушения на образцах
с шевронным надрезом
Выводы по главе 2
3 Исследование трещиностойкости металла сварного соединения
3.1 Описание объекта исследования
3.2 Дефекты сварных соединений и причины их возникновения
3.2.1 Ультразвуковая диагностика металла сварного шва
3.3 Экспериментальное определение вязкости разрушения К[с сварного соединения на образцах с шевронным надрезом
3.4 Оценка сопротивления развитию трещины в сварном соединении по величине вязкости разрушения К[с
3.5 Анализ прочности сварного соединения
с трещиноподобным дефектом
Выводы по главе 3
4 Определение ресурса безопасной эксплуатации нефтехимического оборудования
4.1 Определение ресурса безопасной эксплуатации вертикального стального резервуара
4.1.1 Объект исследования
4.1.2 Анализ нагружения объекта исследования
4.1.3 Анализ механизмов накопления повреждений
в объекте исследования
4.1.4 Определение предельных напряжений
4.1.5 Определение числа циклов до разрушения при циклическом нагружении объекта с дефектом
4.2 Пример определения ресурса безопасной эксплуатации вертикального стального резервуара
Выводы по главе 4
Основные результаты и выводы
Список использованных источников
Приложения

Введение
По статистике наиболее распространенной причиной выхода из строя оборудования нефтеперерабатывающей промышленности, относящегося к объектам повышенной опасности, в частности вертикальных стальных резервуаров, является хрупкое разрушение, возникающее от трещин малоцикловой усталости вблизи дефектов сварных швов, вызывающих повышенную концентрацию напряжений. Невозможность во многих случаях своевременной замены конструкций и оборудования с дефектами приводит к тому, что продолжается их эксплуатация, зачастую за пределами проектного ресурса, причем на этом этапе несущие элементы имеют пониженные прочностные и эксплуатационные характеристики. Повышение вероятности возникновения хрупкого разрушения для оборудования за пределами проектного ресурса повышает роль технической диагностики, а также делает актуальной разработку современных методов прогнозирования остаточного ресурса.
Характеристики трещиностойкости низкоуглеродистых и
низколегированных конструкционных сталей, находящих широкое применение в нефтегазовой промышленности, позволяют рассчитать величину напряжения, которое будет вызывать нестабильное разрушение при наличии. в! теле дефекта определённого размера'и формы при наиболее жёстком-, напряжённом состоянии, что в конечном итоге позволяет проанализировать остаточный ресурс.
В ГОСТ 25.506-85, посвященном характеристикам трещиностойкости, в качестве основных рекомендуются испытания по определению критических значений коэффициентов интенсивности напряжений в условиях плоской деформации К1с и Кс. Требование выполнения условий плоской деформации ограничивает возможности применения указанной характеристики трещиностойкости. К примеру, толщина стенки вертикальных резервуаров составляет обычно от 6 до 20 мм. Установить достоверные характеристики трещиностойкости К]с в таком случае практически невозможно, поскольку размеры образцов, необходимые для их корректного определения, превышают толщину труб.
Одним из наиболее перспективных способов определения величин вязкости

В<0,51(Кіс/о0,2)2,
(1.21)
где В - диаметр короткого образца, м;
К1с - вязкость разрушения, полученная стандартным методом,
МПа-м|/2;
(У(| 2 - условный предел текучести материала образца, МПа.
В случае же вязкого материала неравенство принимает следующий вид:
где В - диаметр короткого образца, м;
К1с - вязкость разрушения, полученная стандартным методом,
МПам172;
<7() 2 - условный предел текучести материала образца, МПа.
Таким образом, условием геометрического соответствия является неравенство:
где С — константа; варьируется от 0,2 до 0,5 и зависит от степени вязкости материала.
Для построения корреляционной зависимости между вязкостью разрушения К|Ум материала и постоянной А в неравенстве (1.17), было проведено испытание некоторых сталей, алюминиевых и титановых сплавов. Диаметр образцов составлял 6,25 (за исключением сплава алюминия), 12,5, 25 и 50 мм. Результаты приведены в таблице 1.2.
По результатам испытаний видно, что чем меньше диаметр короткого образца, тем более характеристика Кк,м приближена к значениям К|С. После каждого испытания проверялось соответствие критерию (1.17). Коэффициент С
В < 0,204 (К1с/о0,2)2,
(1.22)
В < С (К1с/о0,2)2,
(1.23)