Методология прогнозирования ресурса нефтегазового оборудования, эксплуатируемого в условиях циклического нагружения, на стадии проектирования и эксплуатации

• Автор: Наумкин, Евгений Анатольевич
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 244 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Проблема оценки ресурса безопасной эксплуатации оборудования нефтегазовой отрасли
1.1 Анализ потенциальной опасности нефтегазового оборудования
1.2 Существующие методы оценки остаточного ресурса оборудования
1.3 Оценка предельного состояния металла оборудования
1.4 Факторы, влияющие на повреждение материалов оборудования, работающего в условиях малоцикловой усталости
1.4.1 Роль усталости в разрушении конструкции
1.4.2 Влияние состава и структурного состояния на сопротивление усталости металлических материалов
1.4.3 Влияние состояния поверхностного слоя на циклическую прочность материалов
1.5 Анализ расчетных методов оценки усталостной прочности конструкции
1.5.1 Метод, основанный на проведении повторных усталостных испытаний
1.5.2 Использование статических испытаний для оценки долговечности
1.5.3 Расчетные методы оценки долговечности
1.6 Применение магнитных и электрических методов неразрушающего контроля для оценки физических и прочностньгх характеристик материалов
Основные выводы по разделу
2 Существующие подходы к исследованию поверхности раздела фаз
2.1 Поверхность в концепции фрактальной геометрии. Методы

исследования фрактальных поверхностей
Поверхность как мультифрактальный объект
Описание поверхности как переходного поверхностного слоя
Модель образования и трансформации формы
Экспериментальное подтверждение модели образования и

трансформации формы
Основные выводы по разделу
Оценка накопленных повреждений материала оборудования, эксплуатируемого под действием циклических нагрузок, с учетом
закономерностей изменения поверхностных характеристик Оценка степени поврежденности материала оборудования, эксплуатируемого в условиях малоцикловой усталости, с
учетом поверхностной энергии
Расчеты на усталостную прочность стали 09Г2С по

стандартной методике
Исследование изменения параметров поверхностной энергии

при накоплении усталостных повреждений
Влияние величины деформации на характер изменения

поверхностной энергии
Введение поправочных коэффициентов в модифицированное

уравнение Коффина — Мэнсона по ГОСТ
Пример применения уточненной формулы расчета на
прочность для стали 09Г2С
Исследование магнитных характеристик при малоцикловом и

статическом нагружении металла
Влияние уровня накопленных повреждений в металле на

изменение петли магнитоупругого гистерезиса Влияние уровня накопленных повреждений в металле на

изменение скорости ультразвуковых продольных волн
Основные выводы по разделу

4 Влияние степени поврежденности металла на мультифрактальные параметры его поверхности разрушения и их взаимосвязь с магнитными характеристиками при смене механизмов адаптации структуры к внешним воздействиям
4.1 Зависимость магнитных характеристик от уровня накопленных повреждений в металле при малоцикловом деформировании Основные выводы по разделу
5 Особенности локальной области 0,3-0,4 Ni/Np усталостной поврежденности металла
Основные выводы по разделу
6 Определение потенциальных зон разрушения материалов
6.1 Изменение магнитных характеристик при статическом и циклическом деформировании материалов
6.2 Численный и векторный анализ распределения напряженности магнитного поля при статическом двухосном напряженно-деформированном состоянии
6.3 Напряженно-деформированное состояние обечайки резервуара
6.4 Изменения поверхностной энергии материала при накоплении усталостных повреждений
6.5 Оценка напряженно - деформированного состояния резервуара методом конечных элементов при помощи ПК ANSYS
6.6 Алгоритм оценки степени поврежденности и предельного состояния материала оборудования, подверженного усталостному нагружению
Основные выводы по разделу Основные результаты и выводы Список использованных источников Приложения

испытаниях, необходимых для оценки работы металла, например, в конструкциях корпусов судов, летательных аппаратов, котлов, реакторов, сосудов глубокого погружения и высокого давления, в строительных конструкциях, вакуумных и аналогичных устройствах.
В отличие от обычной (многоцикловой) усталости малоцикловая усталость имеет три специфические особенности: уровень высоких
напряжений (деформаций), обуславливающий долговечность материала не более 103 циклов; низкую частоту циклических нагрузок (не более 50 цикл/мин, чаще всего 0,1-10 цикл/мин), наличие контролируемого параметра - вида нагружения (по предельной нагрузке или «условному» напряжению - мягкое нагружение, а по предельной деформации — жесткое нагружение).
Циклическая упругопластическая деформация обычно рассматривается как трехстадийный процесс. На первой стадии происходят структурные изменения, и накопление дефектов решетки - эта стадия занимает около 1% общей долговечности. В течение второй стадии на структурные изменения накладывается деструкция - зарождение и распространение первичных усталостных трещин. На третьей стадии мелкие трещины сливаются в магистральную трещину, которая распространяется вглубь, и являются непосредственно причиной разрушения.
Если рассматривать долговечность периодов зарождения и распространения трещины аналогично обычной усталости, то при малоцикловой усталости длительность второго периода, по данным различных исследователей, занимает 75-95 % всей долговечности. Закономерности процесса распространения трещины при малоцикловой усталости зависят, прежде всего, от характера разрушения металла — межзеренного (интеркристаллитного) или внутризеренного (транскристаплитного). Как правило, при напряжениях ниже предела текучести металла, происходит транскристаллитное разрушение, а выше предела текучести -интеркристаллитное. При напряжении, приближающемся к пределу текучести, существует переходная зона, где наблюдаются одновременно оба вида