Безопасность механически неоднородных элементов конструкций нефтегазового комплекса

• Автор: Рябов, Игорь Анатольевич
• Шифр специальности: 05.26.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 170 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 РАБОТОСПОСОБНОСТЬ СОСУДОВ ИЗ БИМАЛЛОВ В УС

ЛОВИЯХ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ.

.1.1 Особенности деформирования биметаллов в условиях равно

мерных постоянных температур

1.2 Особенности деформирования сосуда из однородного металла в

условиях нестационарных термомеханических воздействий

1.3 Особенности деформирования сосуда из биметалла в условиях

нестационарных термомеханических воздействий

1.4 Оценка термоциклической долговечности сосудов из однород

ных материалов и биметаллов
Выводы по разделу 1
2. ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ СОСУДОВ ИЗ БЕМАЛЛОВ В УС
ЛОВИЯХ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
2.1 Особенности прохождения поперечной трещины через границу
раздела материалов в биметалле
2.2 Особенности напряженного состояния в окрестности межфаз
ной трещины в биметалле
2.3 Коэффициенты интенсивности напряжений в биметалле с тре
Выводы по разделу 2
3. ОСОБЕННОСТИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ И ПРОЧ
НОСТИ СОЕДИНЕНИЙ РАЗНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.1 Исследование особенностей напряжнного состояния стыковых
соединений разнородных материалов
3.2 Напряженное состояние механически неоднородных соедине
ний с прямым стыком
3.3 Оптимизация формы стыков как метод обеспечения наджности
и безопасности механически неоднородных соединений
3.4 Методы и критерии оценки прочности соединений разнородных
материалов с резким концентратором напряжений
Выводы по разделу 3
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГО
НЕОДНОРОДНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ
4.1 Испытания упругонеоднородных соединений с межфазными
трещинами
4.2 Испытания бездефектных упругонеоднородных соединений
4.2.1 Испытания бездефектных соединений с резкой концентрацией
напряжений
4.2.2 Испытания бездефектных стыковых соединений с малонапря
жнными краевыми зонами
Выводы по разделу 4
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Теоретическими исследованиями и испытаниями образцов показано, что путем оптимизации формы стыков можно избежать появления резкой концентрации напряжений в разнородных соединениях. Результаты исследований биметаллических сосудов позволяют на этапе проектирования предусмотреть возможные механизмы преждевременного выхода из строя, принять превентивные меры на этапе эксплуатации -адекватно оценивать степень опасности обнаруженных трещин, обосновать остаточный ресурс и назначать соответствующие способы обеспечения безопасности. Результаты исследований стыковых соединений разнородных материалов позволяют на этапе проектирования оптимизировать формы стыков, исключать возможность образования резкой концентрации напряжений, тем самым обеспечивать надёжность и безопасность конструкций. Разработан математический аппарат, позволяющий в зависимости от соотношения механических характеристик использованных материалов определять основные расчётные характеристики концентрации напряжений: порядка особенности А,, коэффициента интенсивности напряжений К, интенсивности высвобождаемой энергии G0, размера эквивалентной трещины Ьэкв. Данные характеристики позволяют на этапе эксплуатации периодически оценивать прочность конструкций с учётом образованного концентратора напряжений, назначать ресурс безопасной эксплуатации. Инструкция по ремонту дефектных мест продуктопроводов широкой фракции легких углеводородов», Уфа - Нижневартовск, . Автор выражает искреннюю благодарность сотрудникам ГУГ1«ИПТЭР» РБ за помощь и полезные советы при выполнении и оформлении диссертационной работы. В расчетных оценках работоспособности сосудов важное место занимает подготовка исходных данных, характеризующих свойства самих сосудов, условий эксплуатаций, а также материалов, из которых изготовлены сосуды [, , , 2, 3]. Без существенного ограничения общности изучаемых явлений, в данном разделе рассмотрим сосуды цилиндрической формы, основными геометрическими характеристиками которых являются радиус и толщина стенки. Условия эксплуатации зададим через рабочие давления и температурные поля в стенке сосуда. Изменения рабочих давлений и температурных полей могут происходить по разным причинам: технологические особенности производства, переключения режимов, перерывы на профилактику и ремонт, случайные изменения, аварийные остановы. Свойства биметалла задаются геометрическими характеристиками и термомеханическими свойствами. В данном разделе в основном будут рассмотрены сосуды из биметаллов, но для сравнения будут приведены аналогичные результаты и для сосудов, изготовленных из однородных листов. Соответственно, биметалл состоит из двух однородных материалов, термомеханические свойства которых могут существенно отличаться друг от друга. Термомеханические свойства каждого материала будем описывать с помощью коэффициентов температурного расширения и диаграмм деформирования, которые включают все механические характеристики. В первом приближении примем, что все эти характеристики остаются постоянными в пределах рассматриваемых рабочих температур. Это позволит существенно упростить расчёты, сохранив при этом основные закономерности изучаемых явлений. Как известно, прочность и сопротивляемость разрушениям любых конструкций, в том числе сосудов, во многом определяется механическими свойствами материалов. Эти свойства задаются диаграммами деформирования материалов, которые определяются механическими испытаниями образцов [, , , 4]. Диаграмма деформирования - зависимость напряжений а от деформаций е, т. Г(е). При испытаниях образцов измеряется зависимость растягивающей нагрузки (силы) от удлинения образца, затем эта зависимость пересчитывается в диаграмму деформирования материала. Для реальных образцов диаграмма деформирования имеет сложный вид, содержит разные участки: линейно-упругий, нелинейно-упругий, упруго-пластический, пластический, участок упрочнения, участок разупрочнения, точку разрыва. Для простоты в данной работе рассмотрим материалы с идеальной упруго-пластической диаграммой деформирования. Такие диаграммы содержат два участка: идеально-упругий наклонный участок, и идеальнопластичный горизонтальный участок. На рисунке 1.