CC BY
31
ческой деформации в образце с надрезом не было. Это позволяет считать, что было достигнуто разрушение отрывом.
Вывод. Испытания образцов с кольцевым надрезом позволяют простыми средствами получить необходимые исходные данные для моделирования роста трещины. Таким образом, сопротивление материалов отрывом определяется простым и надежным способом, что создает предпосылки для его использования в расчетной практике в будущем.
Библиографический список
1. Ужик Г.В Сопротивление отрыву и прочность металлов.-М.-. Издательство АН СССР, 1060,- 255 с.
2. Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести. — М.: Машиностроение, 1975.-399 с.
ФЁДОРОВА Мария Александровна, ассистент кафедры «Сопротивление материалов».
УДК 622.24.053.5 Д. В. КАРЛСЕВ
И. В. КРУПНИКОВ
Омский государственный технический университет
ООО «Сибнефтетранспроект»
ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОЙ ПРОЧНОСТИ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА НА ОСНОВЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО И СИЛОВОГО КРИТЕРИЕВ_
В статье дана оценка остаточной прочности магистрального нефтепровода на основе деформационного и силового критериев.
Длительная эксплуатация магистральных нефтепроводов приводит к различным коррозионным повреждениям, которые снижают прочность нефтепровода.
Подробный анализ коррозионных повреждений магистральных нефтепроводов приведен в работах [1, 2, 3|. Значительную часть таких повреждений составляет коррозионное растрескивание под напряжением (стресс-коррозия). Такие повреждения имеют форму трещин перпендикулярных направлению максимальных нормальных напряжений. При обычных условиях эксплуатации эти трещины расположены вдоль оси трубы с наружной поверхности. Это приводит к необходимости снижения давления в нефтепроводе или замене отдельных его участков. В обоих случаях имеют место значительные экономические потери.
Существующие отраслевые документы по расчету допустимого давления для труб с поверхностными трещинами в большинстве своем основаны на эмпирических и полуэмпирических соотношениях ]1,2].
Значительные достижения механики разрушения в оценке трещиностойкости различных деталей практически не используются в нефтяной и газовой отраслях. В значительной мере это можно объяснить тем, что при анализе роста трещин в листовых материалах механика разрушения рассматривает разрушение материалов по механизму среза, тогда как разрушение трубы происходит в основном
по механизму отрыва и лишь на заключительной стадии разрушения проявляется механизм среза. Это означает, что огромный экспериментальный материал по определению К,.с не может быть использован для оценки критических размеров трещин. То же самое можно сказать о других однопара-метрических критериях механики разрушения.
В последнее время на кафедре "Сопротивление материалов" ОмГТУ развивается новый подход к оценке роста трещин в упруго-пластических телах, который, по нашему мнению, имеет хорошие перспективы для применения в газовой и нефтяной промышленности. Перспективы эти связаны с тем, что в основе предлагаемого метода лежит детальная физическая модель процесса разрушения, предусматривающая различные механизмы разрушения по фронту трещины, а также изменения свойств материала по толщине трубы.
Естественно, что в настоящее время такой подход не может заменить действующие ВРД, однако со временем нормативные документы будут меняться в сторону их приближения к детальным физическим процессам и излагаемый подход может быть востребован. Собственно, процесс совершенствования ВРД идет постоянно. Так, в работе [3] подвержено существенной критике использование такой неопределенной величины, как напряжение течения. Проведенные авторами опыты позволяют утверждать, что при оценке прочности труб необходимо использовать предел прочности материала.
¥ШтЦшщ
р \ щ
-— —----■»- ^
I лХХШХХ}.....ш/
//Л'////уу///,'//,Л
Ру
г А
'Г.. Г .Г -----•'
Н %-У
^ -у Р'
.4.. х х л.
Расчетная схема трубы и фрагмента с трещиной
Кратко суть предлагаемого метода оценки роста поверхностной трещины на трубе можно сформулировать в следующих положениях:
1. Материал трубы на отдельных участках фронта трещины может разрушаться как по механизму отрыва, так и по механизму среза.
2. В произвольной точке перед фронтом трещины материал находится в упругом состоянии.
3. По мере роста внутреннего давления перед фронтом трещины материал переходит в состояние текучести, тогда как остальная масса материала деформируется еще упруго.
4. С ростом давления пластические деформации в небольшой зоне у фронта трещины нарастают, и приближается исчерпание ресурса пластической деформации.
5. Если ресурс пластичности материала исчерпан, то происходит разрушение срезом и трещина продвигается на некоторую величину.
6. Если пластические деформации затруднены, происходит рост нормальных напряжений и материал разрушается отрывом по достижению величиной а^ сопротивление разрушению отрывом а„.
Такое представление процесса роста трещины позволяет учесть смену механизма разрушения материала.
Математическая модель роста трещины, отражающая все элементы: физической модели, включает: уравнения теории упругости, условие текучести, уравнения теории малых упруго-пластических деформаций, функцию предельной пластичности, условие разрушения материала отрывом.
Для реализации математической модели принят метод конечных элементов, позволяющий решать как упругие, так и пластические задачи. Измельчением элементов у фронта трещины можно приблизить расчетную схему к локальным физическим процессам, происходящим у вершины трещины. Общий алгоритм моделирования процесса роста трещины в детали при таком подходе содержит два этапа: на первом вычисляются напряжения по фронту трещины при упругом деформировании материала, и определяется нагрузка на трубу, соответствующая появлению пластических деформаций в наиболее нагруженном участке фронта трещины. На втором этапе, с появлением пластических деформаций, задача становится нелинейной. Дальнейшее нагружение детали осуществляется малыми ступенями нагрузки ДР. На каждой ступени нагружения выявляются элементы, в которых наступила пластическая деформация, и приращение напряжений и деформаций в них вычисляется по уравнениям теории пластичности, а в остальных элементах - по уравнениям теории упругости. На каждой ступени нагружения в элементах вычисляется накопленная пластическая деформация и параметр напряженного состояния г). После вычисления этих величин производится проверка на достижение деформацией предельного значения. В случае достижения равенствае(|) = е[') элемент считается разрушенным, а трещина продвинувшейся на величину разрушенных элементов. Следующий цикл нагружения производится с новыми размерами трещины. Кроме того, производится проверка по силовому критерию
Рост поверхностной полуэллиптической трещины в трубопроводе, рассчитанный по разработанной программе
°m¡ii = 0R- Таким образом, трещина может продвигаться вследствие исчерпания ресурса пластичности или разрушения отрывом.
Подробно блок-схема процесса моделирования роста трещин изложена в работе [5]. Ниже приведены результаты расчета роста поверхностной полуэллиптической трещины для трубы диаметром 720 мм из стали Г19.
Моделирование может быть выполнено до полного разрушения, хотя зачастую достаточно определить давление, при котором трещина начинает расти.
Библиографический список
1. М.И.Королев, Н.И.Волгина, В.В.Салюков. Остаточная прочностьтруб со стресс-коррозионным дефектом. Ремонт, восстановление, модернизация. № 3, 2004.
2. ВРД 39 - 1.10 - 004 - 99. Методические рекомендации по количественной оценке состояния магистральных газопроводов с коррозионными дефектами, их ранжирование по степени опасности и определению остаточного ресурса.
3. И.Н. Бирилло, Ю А.Теплинский, И.Ю.Быков, Ю.В.Александров. О работоспособности трубопроводов подверженных коррозии в процессе эксплуатации. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море, № 8, 2004.
4. А.В.Карасев, А.В.Речкин, Моделирование роста трещин в упруто-пластическяхтелах без использования однопараметри-ческих критериев механики разрушения // Математические проблемы механики сплошных сред: Тез.докл. -Школа-семинар. -Новосибирск, 1997. - С. 68.
5. А.В.Карасев, Е.М.Морозов. Численная оценка роста пространственной трещины на основе деформационного и силового критериев //Контроль. Диагностика № 12. 2003.
КАРАСЕВ Андрей Васильевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой "Сопротивление материалов" Омского государственного технического университета.
КРУПНИКОВ Иван Владимирович, главный инженер проекта ООО "Сибнефтетранспроект", соискатель кафедры "Сопротивление материалов".
Информация
II Междуна ролная на учно-практическая конференция ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА МАШИН И ПРИБОЮВ
В апреле 2005 г.
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ВОПРОСЫ КОНФЕРЕНЦИИ:
1. Глобализационные тенденции и их влияние на формирование и развитие всестороннего потенциала Российской Федерации
2. Прогнозирование развития России в краткосрочной и длительной перспективе
3. Региональное прогнозирование и планирование
4. Проблемы диспропорционального развития регионов России
5. Формирование предпосылок социально-экономической стабилизации и подъема народного хозяйства России
6. Природно-ресурсный потенциал развития экономики России
7. Демографический и трудовой потенциал населения России
8. Научно-технический потенциал современной России
9. Социально-экономический потенциал регионов России
10. Проблемы развития управленческого потенциала России
11. Инвестиционный потенциал отечественных предприятий и организаций
12. Направления инновационной активности хозяйствующих субъектов
Статьи, заявки и перечисленные средства должны поступить в Приволжский Дом знаний не позднее 10 апреля 2005г.
Подробности по тел. (8412)56-50-38,56-50-95.
E-mail: [email protected]
Адрес: 440026, г, Пенза, ул, ЛермонтоваД Приволжский Дом знаний, Горбунковой ДА.
