Оценка влияния фактора времени на механические свойства стыковых сварных соединений магистральных трубопроводов

• Автор: Кульневич, Вера Борисовна
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 195 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Современная технология изготовления магистральных трубопроводов
1.2. Существующие методы оценки надежности работы магистральных трубопроводов
1.3. Изменение механических свойств материала под действием
нагрузки с течением времени
1.4. Цель работы и ее основные задачи
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЛИЯНИЯ ДОЛГОВРЕМЕННОЙ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА И МЕТАЛЛА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
2.1. Начальные условия и допущения
2.2. Континуально-статистическая модель накопления пластических деформаций и напряжений
2.3. Обоснование экспериментальной методики оценки коэффициентов базовых стохастических уравнений с помощью метода “бутстрэп”
2.4. Проверка стохастических уравнений применительно к данным усталостных испытаний
2.5. Выводы
3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА ХАРАКТЕРНЫХ ЗОН СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
3.1. Напряженно-деформированное состояние и усилие деформирования цилиндрического образца при статическом растяжении
3.2. Исследование механических характеристик сварных соединений
при растяжении микрообразцов
3.3. Исследование ударной вязкости и составляющих на зарождение и распространение трещины в сварных швах

3.4. Разработка устройства и методики длительного (многолетнего) нагружения образцов на статическое растяжение
3.5. Выводы
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ИЗМЕНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ХАРАКТЕРНЫХ ЗОН СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПОСЛЕ МНОГОЛЕТНЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
4.1. Исследование локальных свойств характерных зон сварных соединений, находящихся в эксплуатации длительное время, с помощью микрообразцов
4.2. Исследование ударной вязкости характерных зон сварных соединений, находящихся в эксплуатации длительное время
4.3. Выводы
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВРЕМЕНИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАГРУЖЕНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА МАЛОЙ ВРЕМЕННОЙ БАЗЕ (1 ГОД и 5 ЛЕТ)
5.1. Влияние времени предварительного нагружения на механические свойства сварных соединений при статическом растяжении
5.2. Влияние времени предварительного нагружения на ударную вязкость характерных зон сварных соединений
5.2.1. Аппроксимация и вероятностно-статистическая корреляция температурной зависимости ударной вязкости сварных соединений с проверкой статистической гипотезы
5.2.2. Зависимость ударной вязкости и значения порога хладноломкости металла характерных зон сварных соединений, выполненных ручной дуговой сваркой, от времени пред варительного нагружения
5.2.3. Зависимость ударной вязкости и значения порога хладноломкости металла контактно-стыкового соединения от времени предварительного нагружения
5.3. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Сварка, как ведущий технологический процесс, играет в настоящее время важную роль в развитии экономики страны. При сооружении магистральных газо- и нефтепроводов сварка является основным технологическим процессом.
Трубопроводный транспорт по продукте- и газообороту занимает второе место после железных дорог. Трубопроводные системы и конструкции находят широкое применение во всех областях народного хозяйства, в том числе и в системах магистрального трубопроводного транспорта газа, нефти и нефтепродуктов, аммиакопроводов и других продуктопроводов. Магистральный трубопровод представляет собой протяженную систему последовательно сопряженных элементов - труб, трубных деталей, арматуры, с помощью неразъемных, сварных и разъемных, болтовых соединений. Трубопроводы относятся к категории энергонапряженных объектов, отказы которых сопряжены со значительными материальными и экологическими ущербами /1-3 и др./.
Общая протяженность трубопроводных систем России составляет в настоящее время около 230 тыс. км. Характерной особенностью строительства трубопроводов является то, что в основном оно ведется в районах Крайнего Севера с экстремальными климатическими, почвенными и гидрогеологическими условиями. В настоящее время в стране эксплуатируется значительное число «старых» нефтепроводов (свыше 50 % имеет срок службы порядка 20 лет и более) /3,4/.
В связи с этим большое значение приобретает проблема надежности и работоспособности трубопроводов при длительных сроках эксплуатации. Большая протяженность и развегвленность трубопроводных систем обуславливает действие масштабного фактора по закону больших чисел, когда вероятность появления нарушений прочности, повреждений и отказов весьма высока и ею нельзя пренебречь. Местное повреждение и локальная потеря герметичности стенки трубы приводит к общей потере прочности и отказу всего трубопровода с большими материальными и экологическими последствиями для окружающей среды и населения. Ухудшение экологической обстановки в стране требует принятия экстренных мер по повышению надежности и безопасности

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЛИЯНИЯ ДОЛГОВРЕМЕННОЙ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА И МЕТАЛЛА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
В настоящее время происходит определенная эволюция в представлении о механике деформирования и разрушения поликристашшческих материалов.
Процессы пластического и упругого деформирования и разрушения традиционно рассматривались с позиций механики сплошного континиума с использованием ряда формальных моделей твердого тела или на основе изучения элементарных процессов физики кристаллических тел с учетом дислокационной структуры металла/107,136 и др./.
В тоже время реальные металлы и сплавы представляют собой полшсри-сгаллические тела с внутризеренной структурой (макро и микроструктурой) с различной, статистически случайной ориентировкой кристаллитов — зерен к разным свойствам. Для анализа кинетики деформирования и механического поведения тел с внутренней неоднородно ориентированной структурой разрабатывается мезатеория, микромеханика пластической деформации и разрушения твердых тел с дискретными структурными элементами. Анализ их поведения осуществляется на основе статистических подходов, используя некоторые усредненные свойства большого числа структурных однотипных фрагментов /137, 138 и др./.
Структурная неоднородность реальных материалов, как уже было сказано, обуславливает статистическую природу пластичности, прочности и надежности макрообъемов деталей машин и элементов конструкций.
Теоретически и экспериментально установлено, что в поле внешних напряжений на границах структурных элементов возникает значительная концентрация напряжений и деформаций /139/, повышающая локально жесткость напряженного состояния. Последняя приводит к появлению микропор в случае вязкого разрушения или микротрещин при хрупком характере начала разрушения. При этом наблюдается релаксация напряженного состояния в очаге по-врежденности, которая может затормозить и в отдельных случаях приостановить процесс накопления повреждений. В общем случае вязкого разрушения наблюдается несколько стадий: зарождение микропор в пластически деформи-