авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Развитие методов оценки работоспособности кольцевых сварных швов газопроводов компрессорных станций.

-- [ Страница 3 ] --

Для анализа процесса развития трещин и учета реальных упруго-пластических свойств материала использовался метод, когда при пошаговом решении задачи упруго-пластического деформирования производится сортировка конечных элементов по заранее выбранному критерию.

В случае достижения конечным элементом критического значения критерия данный элемент отбраковывается или деактивируется, т.е. его участие в работе конструкции сводится к минимуму. Технически это производится посредством умножения матрицы жесткости элемента на малое число (10-6 10-8). В дальнейшем данный элемент хотя и присутствует в конечно-элементной аппроксимации конструкции, но фактически не оказывает влияния на НДС оставшихся элементов. На следующем шаге производится новый этап расчета с сохранением НДС, вычисленного на предыдущем шаге. На деактивированных элементах деформации, нагрузки и т. д. обнуляются.

С помощью разработанной методики проведена оценка влияния трещины в зоне КСШ на прочность трубопровода. Моделировался сварной стык магистрального трубопровода, состоящий из двух участков трубы 530 8 длиной 400 мм каждый. Расчет проводился с учетом НДС, возникающего в стыке при наличии макродефектов. Рассматривался наиболее неблагоприятный случай. Погрешность по параметру осевого смещения – составляла 8 мм, погрешность по параметру углового смещения – составляла 24 (0,4 градуса).

 Эволюция развития трещины в зоне сварного шва, инициированной наличием в-75

Рис. 15. Эволюция развития трещины в зоне сварного шва, инициированной наличием в материале трубы микродефекта.

Сварное соединение включало сварной шов и зону термического влияния, являющуюся частью основного металла, подвергавшегося тепловому воздействию, вызывающему изменение структуры и свойств. Конечно-элементная модель насчитывала более 42 000 конечных элементов. При расчетах использовались реальные механические свойства стали – Ст171С. Материал всей конструкции, включая шов, отвечал физической модели однородного изотропного упруго-пластического материала с линейным упрочнением. В качестве критерия деактивации элемента принято произведение - параметр энергоемкости материала. Давление последовательно увеличивалось от 50 атм. до величины, при котором произошло полное разрушение в форме сквозной трещины. На рисунке 23 представлены результаты развития трещины в зоне КСШ, инициированные наличием в материале трубы микродефекта.

По данной расчетной методике получены зависимости величины предельного давления в трубопроводе от длины трещины для дефектов ориентированных в трех направлениях по отношению к оси трубы (рис.16). Расчеты выполнены для сварного стыка трубопровода, состоящего из двух участков трубы 530 8 длиной 400 мм каждый. Показано, что трещины ориентированные в осевом направлении оказываются более опасными с позиций трещиностойкости, чем трещины, ориентированные в окружном направлении и под углом к оси трубы.

 Зависимость величины предельного давления в трубопроводе от длины трещины-77
Рис. 16. Зависимость величины предельного давления в трубопроводе от длины трещины для дефекта глубиной 4 мм, ориентированного в: 1- осевом направлении, 2- под углом 450 к оси трубы, 3 – в окружном направлении.

На основе анализа и обобщения результатов математического моделирования построены номограммы зависимостей предельного эксплуатационного давления от параметров линейной трещины для трубной обвязки Ст171С диаметром 530мм и толщиной стенки 8мм (рис.17, 18). Подобные номограммы могут быть получены для любой спецификации труб со КСШ, ослабленными трещинами, используемыми в газотранспортной отрасли. В качестве критерия разрушения СС принимается обобщенный параметр энергоемкости равный . Для каждого материала эта величина должна определяться экспериментально и рассматриваться как механическая характеристика.

Рис.17. Зависимость величины предельного давления в трубопроводе от длины трещины для дефекта ориентированного в осевом направлении для различной глубины залегания. (данные для трубопровода диаметром 530 мм) Рис.18. Зависимость величины предельного давления в трубопроводе для дефекта ориентированного в осевом направлении от относительной глубины залегания трещины. (данные для трубопровода диаметром 530 мм)

Основные выводы по работе.

1. При определении ресурса сварных соединений, ослабленных поверхностными дефектами, предложено использовать количественные оценки, определенные по критериям энергоемкости и (или) критериям трещиностойкости. Оценка может быть проведена с помощью:

- коэффициента относительной работоспособности - ,

где и соответствующие пределы прочности и относительного удлинения при разрыве бездефектного и дефектного сварного соединения, соответственно и (или)

- относительного коэффициента зарождения трещин - ,

где и критерии зарождения трещины для дефектных и бездефектных образцов.

2. Несмотря на то обстоятельство, что, как правило, предел прочности КСШ на 20-30 процентов выше, чем у основного метала, уточненная оценка по критериям энергоемкости и критериям зарождения и развития трещин прочности свидетельствует об особой опасности КСШ, ослабленных локальными дефектами.

Выявлено, что энергоемкость разрушения сварных соединений при изгибе оценивается параметром, равным произведению , где – разрушающее напряжение в зоне растяжения, - относительная стрела прогиба.

3 Показано, что примерно в 50-60% случаев вырезанные сварные швы с «недопустимыми» по существующим нормативам дефектами, были еще способны обеспечить требуемую надежность и безопасность конструкции. Поэтому, рекомендуется при принятии решения о вырезке дефекта КСШ, наряду с нормативными требованиями следует учитывать оценку прочности, основанную на развиваемых в данной работе расчетных методах, позволяющих с научно обоснованных позиций оценивать прочность трубопроводов.. Предложенный численный метод позволяет надеяться, что возможен пересмотр критериев оценки безопасной работы сварных соединений в сторону сокращения материальных и трудовых затрат эксплуатирующей организации

4. Предложена математическая модель и численная методика, реализованная в среде ППК “ ANSYS”оценки влияния макро и микрогеометрии в зоне сварных швов на прочность трубопроводов. Разработанная численная методика позволяет проводить анализ учитывая индивидуальные геометрические параметры соединения с использованием реальных диаграмм трубной стали.

5. Показано, что при эксплуатации газопровода со сварными соединениями максимально неблагоприятная ситуация возникает при жестком закреплении участка трубопровода (отсутствует или существенно ограничена возможность осевого смещения торцов), в сочетании с наличием монтажных дефектов по параметру осевого и углового смещения – . В таком случае прогнозируется снижение прочности до 15%.

6. В качестве критерия разрушения выбран деформационный критерий – предельной величина интенсивности пластических деформаций. Вопрос о выборе критической величины интенсивности пластических деформаций является принципиальным при данном подходе. Для каждого материала эта величина должна определяться экспериментально и рассматриваться как механическая характеристика. Однако, наряду с выше сказанным при численных расчетах в качестве критерия разрушения сварных соединений можно так же принимать обобщенный параметр энергоемкости равный .

7. На основе анализа и обобщения результаты математического моделирования подготовлены удобные для практического применения номограммы зависимостей предельного эксплуатационного давления от параметров линейной трещины для любой спецификации газопроводных труб со сварными соединениями, ослабленными трещинами, используемыми в газотранспортной отрасли.

8. Показано, что цельные трубы с изменяющимся диаметром (отсутствие кольцевых сварных швов в зоне концентрации напряжений), изготовленные в заводских условиях, допускают их эксплуатацию при пониженных рабочих давлениях. Наличие сварного шва приводит к дополнительному и значительному увеличению максимальных напряжений в опасной зоне по сравнению с номинальным уровнем, что ставит данный «дефект сварного соединения» в разряд недопустимых.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1. Анализ влияния дефектов в объеме сварного шва на прочность стыка трубопровода / А.И. Пронин, И.Н. Андронов, Н.П. Богданов, С.С. Гаврюшин // Нефть, газ, бизнес. 2009. № 7-8. – С. 56-60.

2. Экспериментальное исследование влияния поверхностных дефектов на характеристики трубных сталей/ А.И. Пронин, И.Н. Андронов, Н.П. Богданов, Ю.А. Теплинский // Заводская лаборатория. Диагностика материалов.–2009.–№3.–Т.75.–С. 57-60.

3. Анализ влияния дефектов в зоне сварного шва на прочность трубопровода (Компьютерное моделирование)./ А.И. Пронин, И.Н. Андронов, С.С. Гаврюшин, Д.В. Захаренков // Известия ВУЗов. Машиностроение. – 2009 – № 6. – С.7-11.

4. Стендовые испытания прочности кольцевых сварных швов с дефектами / А.И. Пронин, И.Н. Бирилло, Ю.А.Теплинский, С.А. Шкулов, В.Н Воронин, Т.Т. Алиев // Транспорт и подземное хранение газа: науч.-техн. сб. – М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2003. – №2. – 59с.

5. О некоторых результатах экспериментальных исследований дефектосодержащих сварных швов МГ / А.И. Пронин, И.Н. Бирилло, Ю.А. Теплинский, Р.В. Агиней, В.Н. Воронин, Т.Т. Алиев // Диагностика оборудования и трубопроводов: науч.-техн. сб. – М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2003. – №2. – 67с.

6. Результаты экспертной оценки конструктивной прочности надземной обвязки нагнетателей ГПА Вуктыльского ЛПУМГ ООО «Севергазпром»/ А.И. Пронин, И.Н. Бирилло, Ю.А. Теплинский, Р.В. Агиней, Т.Т. Алиев, В.А. Стручин// Диагностика оборудования и трубопроводов: науч-техн. сб. – М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2003. - №2– 76с.

7. Результаты экспертной оценки конструктивной прочности надземных технологических трубопроводов компрессорных станций ООО «Севергазпром» / А.И. Пронин, В.Н. Воронин, Т.Т. Алиев, Ю.А. Теплинский, И.Н. Бирилло, С.А. Шкулов, Р.В. Агиней // Транспорт и подземное хранение газа: науч.-техн. сб. – М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004. – №2. – 59с.

8. Диагностическое сопровождение испытаний сварных швов / А.И. Пронин, В.Н. Воронин, Т.Т. Алиев, Ю.А. Теплинский, И.Н. Бирилло, А.С. Кузьбожев, С.А. Шкулов // Диагностика оборудования и трубопроводов: науч.-техн. сб. – М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004. – №3. – 78с.

9. Развитие нормативной базы по оценке сварных соединений технологических трубопроводов / А.И. Пронин, Ю.А. Теплинский, И.Н. Бирилло, Т.Т. Алиев, А.М. Шаньгин // Безопасность труда в промышленности. – 2005. – №6. С. 49-51

10. Результаты экспериментальной оценки прочности трубного металла с внутренними расслоениями / А.И. Пронин, Т.Т. Алиев, Ю.А. Теплинский, И.Н. Бирилло // Диагностика оборудования и трубопроводов компрессорных станций: Материалы XXIV тематического семинара (Геленджик, 6-11 сентября 2005г.): В 2 т. Т.1.-М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2005. – 192с.

11. О прочности трубного металла с внутренними расслоениями / А.И. Пронин, Ю.А. Теплинский, И.Н. Бирилло, Т.Т. Алиев // Материалы конференции, посвященной 45-летию СеверНИПИгаза (Ухта, 18-20 октября 2005г.): Ч.2 – Ухта. ООО «ВНИИГАЗ» - «СеверНИПИгаз», 2006. – 376с.

12. Численная оценка влияния реальных упруго-пластических свойств материалала, сварного шва и основного металла на прочность сварного стыка магитстрапльнога газопрповода / А.И. Пронин, С.С. Гаврюшин, И.Н. Андронов, Т.Т. Алиев // Материалы научно-технической конференции. Сборник научных трудов: (Ухта, 18-21 апреля 2006 г.): Ч.2 – Ухта. УГТУ, 2006. – С. 12–22.

13. Численная оценка влияния пор, включения и других дефектов на прочность сварного шва / А.И. Пронин, И.Н. Андpонов, Т.Т. Алиев, С.С. Гаврюшин // Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений (MPFP). Материалы IV международной школы-конференции. (Тамбов, 24-30 июня 2007г.), С. 335-338.

14. Методы диагностирования надземных технологических трубопроводов компрессорных станций / А.И. Пронин, Т.Т. Алиев, О.В. Смирнов, А.С. Кузьбожев, И.Н. Бирилло, Р.В. Агиней // Транспорт и подземное хранение газа: науч.-техн. сб. – М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2007. – №1. – 929с.

15. Конечно-элементный анализ НДС сварного соединения трубопровода с учетом наличия макродефектов / А.И. Пронин, И.Н. Андpонов, Н.П. Богданов, С.С. Гаврюшин // Актуальные проблемы прочности. Материалы XLVII Международной конференции (Нижний Новгород, 1-5 июля 2008г.): Ч.2., С. 200–202.

16. Конечно-элементное моделирование упруго-пластического разрушения цилиндрического образца при растяжении / А.И. Пронин, И.Н. Андpонов, Н.П. Богданов, С.С. Гаврюшин // Материалы научно-технической конференции преподавателей и сотрудников УГТУ. Сборник научных трудов, (Ухта,15-17 апреля 2008г.): Ч.2 –Ухта. УГТУ, 2008. – С. 30-35

17. Разработка методики численного анализа НДС для оценки работоспособности участков трубопровода со сварными швами /. А.И. Пронин, И.Н. Андронов, Т.Т. Алиев, Н.П. Богданов, С.С. Гаврюшин // Материалы научно-технической конференции преподавателей и сотрудников. Сборник научных трудов: (Ухта, 15-17 апреля 2008 г.): Ч.2. – Ухта. УГТУ, 2008. – С. 38-41.



Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.