Введение к работе
Актуальность работы. Интенсивное развитие газовой и нефтяной добывающей промышленности в северных регионах России требует обеспечения бесперебойной транспортировки и переработки газонефтепродуктов с * помощью трубопроводного транспорта большого диаметра и сосудов высокого давления. Возрастающее потребление газонефтепродуктов привело к необходимости увеличения рабочих параметров магистральных трубопроводов, что, в свою очередь, обуславливает повышение требований"к прочности и трещиностойкости сталей и их сварных соединений, для обеспечения требуемой хладостойкости.
Первые систематические исследования вязкохрупкого перехода в различных материалах выполнены в работах А.Ф. Иоффе, Н.Н. Давиденкова, С.В.Серенсена, Л.А.Копельмана, В.П.Ларионова, Ю.Я.Мешкова и др.
В .настоящее время ведутся интенсивные исследования по совершенствованию методик испытаний и разработке методов расчета сопротивлению разрушению деталей, конструкций различного назначения. Основные достижения в этом направлении связаны с работами Н. А. Махутова, Е.М.Морозова, В. В.Болотина, Р.В.Гольдш-тейна, А.Я.Красовского, Е.М.Баско, Ю.П.Солнцева, А.В.Викулина, А. В. Лыглаева, В. В. Иосквичева, А.И.Левина, А. Н. Васютина, С.А.Куркина. А.А.Остсемина, Ю.И.Пашкова, К.Kalna, F.M. Burde-kln, M.Kobayashi и др.
В механике разрушения металлов, построение критериальных соотношений проводится с применением различных моделей и гипотез для описания механизмов развития пластической зоны перед кончиком трещины. Расчет на трещиностойкость с использованием существующих критериальных соотношений не дает адекватную картину сопротивления разрушению тонкостенных металлоконструкций. На основе результатов лабораторных и натурных испытаний по определению трещиностойкости труб и сосудов высокого давления в широком диапазоне температур эксплуатации было установлено, что трещиностойкость низколегированных сталей наиболее полно описываются обобщенными интегральными характеристиками. разрушения. Использование этих характеристик разрушения для разработки расчетных соотношений оценки хладостойкости тонкостенных
-4-.
металлоконструкций позволит разработать экономически наиболее эффективные требования по обеспечению их хладостойкое и-прочности. Именно этим определяется актуальность темы исследований, проведенных в настоящей работе.
Цель настоящей работы заключается в разработке методики оценки хладостоикости крупногабаритных тонкостенных металлоконструкций (сосудов высокого давления и магистральных газонефтепроводов) путем обобщения результатов испытаний на трещи-ностойкость лабораторных образцов и натурных объектов с трещинами в условиях низких климатических температур.
Для достижения поставленной цели требовалось решение ряда задач:
проанализировать характеристики трещиностойкости образцов, учитывающие параметры упруго-пластического деформирования в области кончика трещины для каждой конкретной марки стали;
разработать методику построения обобщенных диаграмм хладостоикости трубных сталей на основе данных трещиностойкости при различных температурах испытания для различных типов образцов.
разработать методику определения второй критической температуры тонкостенных труб и сосудов высокого давления с использованием характеристик разрушения стандартных лабораторных образцов с трещинами.
разработать прикладное программное обеспечение для компьютерно-измерительных систем СИИТ-2 и "АКСАМИТ" для тарировки тензодатчиков, датчиков раскрытая трещин, давления, измерения показаний датчиков, включая термопары.
провести натурные испытания сосудов давления и труб с продольными надрезами (трещинами) в условиях низких климатических температур.
Научная новизна работы
получено критериальное соотношение для тонкостенных конструкций в рамках нелинейной механики разрушения и выполнен комплексный анализ трещиностойкости в зависимости от температуры испытаний для сталей магистральных трубопроводов и сосудов высокого давления.
разработана методика определения второй критической температуры хрупкости тонкостенных металлоконструкций на осно-
ве данных характеристик трещиностойкости и прочности определенных на лабораторных образцах.
определены температуры перехода из квазихрупкого в хрупкое состояние с учетом конструктивных размеров тонкостенной конструкции, размеров трещины и в зависимости от изменения характера упруго-пластического деформирования различных марок сталей при понижении температуры испытания.
испытаниями при низких климатических температурах сварных сосудов высокого давления упрочненных "межкритической" нормализацией с усталостными трещинами из новых сталей 09Г2СЮЧ. 09ХГ2СЮЧ установлено, что трещиностойкость основного металла и сварного соединения обладают одинаковой трещиностой-костью по началу стабильного подрастания трещины.
Практическая ценность
Результаты работы могут быть использованы для разработки рекомендаций по выбору марки стали и конструктивных размеров тонкостенных металлоконструкций, предназначенных для эксплуатации в условиях Севера, а также для создания временных рекомендаций по оценке критической величины дефектов эксплуатируемых трубопроводов и сосудов высокого давления.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Международной конференции "Сварные конструкции" (г.Киев, 1995 г.). Международном семинаре "Механические свойства и разрушение сталей при низких температурах" (г.Санкт-Петербург, 1996 г.) и на семинарах отделения хладостойкости металлоконструкций Института физико-технических проблем Севера СО РАН (г.Якутск, 1993 г.).
Публикации. По теме диссертации имеется 8 публикаций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы. Работа изложена на 114 страницах машинописного текста, содержит 13 таблиц, 50 иллюстраций, 122 наименований литературных источников.
Похожие диссертации на Экспериментально-расчетная оценка хладостойкости труб и сосудов высокого давления
