|
28 Как правило, в этих зонах концентрация напряжений обусловлена либо дефектами монтажных работ, либо наличием различного рода других дефектов. Именно эти зоны повышенной концентрации и определяют прочностную работоспособность трубопроводной обвязки. Для решения задачи в замкнутом виде целесообразно использовать теорию пластичности, так как в пластической зоне для типовых трубных сталей при учете пластических эффектов концентрация напряжений снижается, иногда в значительной степени. На рис. 1.6 показана типовая диаграмма трубной стали 17Г1С, где наблюдается ярко выраженная площадка текучести, что «разгружает» конструкцию [31], если она нагружена уровнем деформации более 0,2 %. В случае развития деформационной картины в трубопроводе по уровню интенсивности деформаций более 0,2 % (см. рис. 1.6) линейноупругая модель поведения трубной стали даёт уровень расчётных напряжений значительно выше, чем упруго-пластическая модель. Последняя учитывает, что реальная картина деформирования трубы за пределом текучести не приводит к дальнейшему повышению уровня интенсивности напряжений, что подтверждено многочисленными экспериментами [31, 32]. Кривую аналогичную по характеру поведения рис. 1.6 дают и другие низколегированные трубные стали: Ст. 20, X 60 и т.д., поэтому в качестве основного варианта для расчётов прочности далее используем марку 17Г1 С. Рис. 1.6. Кривая деформирования трубной стали 17Г1С |
установить сложно и он является величиной эмпирической. Есть сложности при задании граничных условий при учете степени свободы реальных конструкций. В конечном итоге, технологические трубопроводы (по комплексу причин: скрытые нарушения проекта в части опорных конструкций и фундаментов и т.п.) могут иметь, так называемые, дополнительные кинематические граничные условия, которые целесообразно и желательно учитывать [29]. Поэтому в случае расчетной схемы трубопроводной обвязки в балочной постановке (исходная схема для дальнейшей детализации интересующих, наиболее нагруженых узлов) не вызывают сомнения абсолютно жесткие крепления в концевых точках трубопроводных систем и тройниковые соединения. При этом в концевых точках задается жесткое закрепление, а для тройникового соединения необходимо уточнять (в первом приближении наиболее простое тройниковое соединение целесообразно принять абсолютно жестким) граничные условия. На рис. 1.5 показана типовая расчетная схема трубопровода в балочной постановке. В точках В, С и А принимаем жесткое защемление. После расчета схемы трубопроводной системы выделяются зоны .максимальных напряжений, где проводится наиболее точный расчет по теории упругости, либо теории пластичности. Как правило, в этих зонах концентрация напряжений обусловлена либо дефектами монтажных работ, либо наличием различного рода других дефектов. Именно эти зоны повышенной концентрации и определяют прочностную работоспособность трубопроводной обвязки. Для решения задачи в замкнутом виде целесообразно использовать теорию пластичности, так как в пластической зоне для типовых трубных сталей при учете пластических эффектов концентрация напряжений снижается, иногда в значительной степени. На рис. 1.6 показана типовая диаграмма трубной стали 17Г1С, где наблюдается ярко выраженная площадка текучести, что 24 01 Рис. 1.5. Стержневая расчетная схема трубопроводной обвязки. «разгружает» конструкцию [31], если она нагружена уровнем деформации более ~ 0,2 %. В случае развития деформационной картины в трубопроводе по уровню интенсивности деформаций более 0,2 % (см. рис. 1.6) линейноупругая модель поведения трубной стали даёт уровень расчётных Рис. 1.6. Кривая деформирования трубной стали 17Г1С. 25 напряжений значительно выше, чем упруго-пластическая модель. Последняя учитывает, что реальная картина деформирования трубы за пределом текучести не приводит к дальнейшему повышению уровня интенсивности напряжений, что подтверждено многочисленными экспериментами [31, 32]. Кривую аналогичную по характеру поведения рис. 1.6 дают и другие низколегированные трубные стали: Ст. 20, X 60 и т.д., поэтому в качестве основного варианта для расчётов прочности далее используем марку 17Г1С. Проведенные нами исследования в области оценки концентрации от поверхностных коррозионных дефектов показали, что учет пластических эффектов трубных сталей снижает концентрацию напряжений по сравнению с упругим решением в 1,2... 1,5 раза, в зависимости от геометрических параметров дефектов. Другой подход при оценке разрушения стальных конструкций с дефектами основан на механике хрупкого разрушения [32, 33, 34]. Механика хрупкого разрушения предлагает три основных критерия, по которым можно оценивать вероятность разрушения конструкций с трещиноподобными дефектами. Это, прежде всего, самый распространенный критерий коэффициент интенсивности напряжений [35], который означает рост трещины в условиях ее нестабильного роста в режиме плоской деформации [36]. То есть, критерий прочности записывается в виде: к<кс , (1.1) где к коэффициент интенсивности напряжений при нагружении в конструкции; к* ~ критический коэффициент интенсивности, при котором трещина катастрофически растет. При выполнении условия (1.1) трещина не растет. Для определения критической величины кс проводятся специальные эксперименты образцов с искусственными трещинами [37]. Размерность коэффициента интенсивности напряжений, в отличие от коэффициента концентрации напряжений безразмерной величины, имеет вид МПа-м1/2, что непривычно в классическом 26 |