Метод оценки остаточного ресурса магистрального нефтепровода при наличии поверхностной трещиныв условиях эксплуатационных нагрузок
Авторы: Вансович К.А., Аистов И.П., Беселия Д.С.
Опубликовано в выпуске: #5(77)/2018
DOI: 10.18698/2308-6033-2018-5-1759
Раздел: Механика | Рубрика: Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры
Предложен метод определения скорости роста поверхностных трещин в стенке магистрального трубопровода под действием переменного двухосного циклического нагружения. Выполнен анализ трехмерного упругопластического напряженного состояния в вершине поверхностных трещин на примере стали марки 40Х при различных видах двухосного нагружения. Приведены результаты усталостных испытаний крестообразных образцов с поверхностной трещиной при двухосном нагружении. Исследовано изменение нормальных напряжений впереди фронта трещины при нагружении образцов до максимальной нагрузки и последующей их разгрузки до нуля. Установлена зависимость вида нагружения образцов с раскрытием трещины. Предложена характеристика напряженного состояния в вершине трещины, коррелирующая со скоростью роста трещины при различных видах нагружения. Получена формула, описывающая рост усталостных трещин. На примере исследования процесса нагружения образца при наличии цикла перегрузки показано, что полученная зависимость может применяться для предсказания развития трещин и оценки остаточного ресурса при переменных эксплуатационных нагрузках.
Литература
[1] Мурзаханов Г.Х. Диагностика технического состояния и оценка остаточного ресурса магистральных трубопроводов. Москва, Изд-во Независимого института нефти и газа, 2005, 70 с.
[2] Остсёмин А.А., Заварухин В.Ю. Прочность нефтепровода с поверхностными дефектами. Проблемы прочности, 1993, № 12, с. 1−59.
[3] Мурзаханов Г.Х., Скрепнюк А.Б. Оценка остаточного ресурса магистральных трубопроводов по моделям механики разрушения. Управление качеством в нефтегазовом комплексе, 2005, № 4, с. 38–44.
[4] Фокин М.Ф. Оценка прочности труб магистральных трубопроводов с дефектами стенки, ориентированными по окружности трубы, по критерию возникновения течи перед разрушением. Прикладная механика и технологии машиностроения. Сб. науч. тр. Нижний Новгород, Интелсервис, 2005, с. 69−76.
[5] Polasik S.J., Jaske C.E. Effective modeling of fatigue crack growth in pipelines. Proceedings of the ASME 2012 Pressure Vessels & Piping Conference PVP2012 July 15-19, 2012, Toronto, Ontario, CANADA, 2012, pp. 1–7.
[6] Мурзаханов Г.Х., Небабин В.В., Шевченко И.А. Оценка остаточного ресурса — эффективный способ повышения экологической безопасности нефтепроводов. Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе, 2007, № 3, с. 24–26.
[7] Ljustell P., Nilsson F. Effects of different load schemes on the fatigue crack growth rate. Journal of Testing and Evaluation, 2006, no. 34 (4), рр. 333–341.
[8] Ljustell P., Nilsson F. Variable amplitude crack growth in notched specimens. Engineering Fracture Mechanics, 2005, no. 72 (18), pp. 2703–2720.
[9] Terfas O., Alaktiwi A. Ductile Crack Grows in Surface Cracked Pressure Vessels. International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering, 2013, vol. 7, no. 1, pp. 46–52.
[10] СП 36.13330.2012. Магистральные трубопроводы. Москва, Госстрой, 2013, с. 93.
[11] Вансович К.А. Упругопластическая модель роста усталостных поверхностных трещин в толстостенных конструкциях при двухосном нагружении. Инженерный журнал: наука и инновации, 2017, вып. 3 (63). DOI: 10.18698/2308-6033-2017-3-1596
[12] Vansovich K., Jadrov V., Beseliya D. The Effect of Stress State Characteristics on the Surface Fatigue Cracks Growth Rate into Account Plastic Deformations. Procedia Engineering, 2015, no. 113, pp. 244–253.
[13] Шабанов А.П. О механизме роста усталостных трещин в поле внешних сжимающих напряжений. Прикладная механика и техническая физика, 2005, т. 46, № 6, c. 108–115.
[14] Тихомиров В.М. Рост трещины при знакопеременном цикле нагружения. Прикладная механика и техническая физика, 2008, № 5, c. 190–198.
[15] Mohanty J.R., Verma B.B., Ray P.K. Prediction of fatigue crack growth and residual life an exponential model: Part I (constant amplitude loading). International Journal of Fatigue, 2009, vol. 31, pp. 418–424.
[16] Чепурной О.В., Мызников М.О., Беселия Д.С., Вансович К.А., Сури- ков В.И. Определение и учет циклов нагружения магистрального нефтепровода. Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов, 2015, № 3 (19), с. 23–29.
[17] Емельянов О.В., Пелипенко М.П. Влияние перегрузок на скорость роста усталостных трещин. Вестник ЮУрГУ, 2011, № 35, c. 21–24.
[18] Xiaoping H., Moan Т., Weicheng С. An Engineering Model of Fatigue Crack Growth under Variable Amplitude Loading. International Journal of Fatigue, 2008, vol. 30, pp. 2–10.
[19] Elber W. The Significance of Fatigue Crack Closure. ASTM STP 486, American Society for Testing and Materials (Philadelphia), 1971, pp. 230–242.
[20] Sander M. Fatigue Crack Growth under Variable Amplitude Loading. Part I: Experimental Investigations. Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 2006, vol. 29, pp. 291–301.