Оцінка на основі критерію механіки руйнування статичної міцності кільцевих швів паропроводів з допустимим непроваром та рекомендації щодо їх ремонту - Автореферат

Для розвязання даної задачі, по-перше, необхідно на основі методу скінченних елементів (МСЕ) встановити в околі непровару в кільцевому шві паропровода розподіл залишкових напружень та деформацій від зварювання і, по-друге, на основі лінійної механіки руйнування визначити статичну міцність конструкції за умови дії експлуатаційних навантажень з урахуванням залишкових зварювальних напружень. Метою роботи є розробка способу розрахункової оцінки статичної міцності кільцевих стиків технологічних паропроводів з нормативно допустимими тріщиноподібними дефектами в корені шва на основі застосування силового критерію лінійної механіки руйнування та результатів кінцево-елементного моделювання залишкового напружено-деформованого стану, зумовленого як лише зварюванням, так і в сумі з доданим експлуатаційним навантаженням, а також розробка на основі проведеного дослідження рекомендацій для підвищення статичної міцності кільцевих стиків паропроводів технологічним шляхом. Для досягнення поставленої мети в роботі вирішені наступні задачі: здійснена постановка, розроблені типові алгоритми, виконані налаштування програми і отримано розвязок складної звязаної зварювальної термопружно-пластичної задачі для розрахунку в зоні непровару кільцевого шва залишкового напружено-деформованого стану (НДС) від зварювання, а також від зварювання і доданого після зварювання експлуатаційного навантаження для технологічних паропроводів діаметрами 89, 159 та 219 мм з товщиною стінки 6 мм із сталі 20; виконано аналіз залишкового НДС в зоні кільцевого зварного шва паропроводу отриманого шляхом скінченно-елементного моделювання і зясовано вплив непровару в корені шва на розподіл по товщині труби залишкових зварювальних напружень; - проведено вибіркові експериментальні дослідження залишкового НДС на зразках труб O89, O159, O219 мм з товщиною стінки 6 мм із сталі 20 з метою перевірки кореляції з розрахунками за МСЕ; розроблено новий наближений метод розрахунку коефіцієнтів інтенсивності напружень (КІН), який дає можливість визначати даний параметр у найбільш небезпечній точці внутрішньої поверхневої кільцевої еліпсоподібної тріщини, ініційованої непроваром кореня шва, залишковими зварювальними напруженнями (перший напрямок досліджень), або залишковими зварювальними напруженнями в сумі з доданими після зварювання експлуатаційними напруженнями, які зумовлюють певну зміну залишкових зварювальних напружень (другий напрямок досліджень). обґрунтовано коректність використання силового критерію лінійної механіки руйнування для оцінки статичної міцності кільцевих стиків технологічних паропроводів з нормативно допустимим непроваром кореня шва;Можливість застосування для оцінки статичної міцності внутрішніх кільцевих поверхневих тріщин силового критерію механіки руйнування має бути підтверджена наявністю «мало масштабної» пластичності в околі вершини тріщини, яка розвивається від тріщиноподібного дефекту. Отже, спираючись на результати розрахунку за методом скінченних елементів, можна зробити висновок, що область металу шва над непроваром кореня шва перебуває в умовах досить жорсткого обємного розтягування, незважаючи на відносно невелику товщину стінки паропроводу. Встановлено, що в зоні шва над непроваром в залишковому стані після зварювання, а ще більшою мірою після зварювання з додатковим осьовим розтягуванням паропроводу, формується складний тривісний напружений стан з напруженнями розтягу уздовж трьох осей координат. Встановлено, що додаткове осьове розтягування паропроводу після зварювання змінює осьові напруження у кільцевому стику в зоні над непроваром майже у відповідності до принципу Сен-Венана, що підтверджує обємність залишкового напруженого стану в цій зоні і не схильність його до пластичного деформування. Коефіцієнт інтенсивності в такій задачі необхідно розраховувати за принципом Сен-Венана як такий, що утворюється у такій же смузі з такою ж тріщиною, протилежні береги якої знаходяться під дією нормально розподіленого навантаження, що дорівнює осьовим напруженням у паропроводі з протилежним знаком у площині майбутньої кільцевої тріщини над непроваром, коли вона ще не розповсюдилась у товщину стінки паропроводу.Далі скористаємось відомим принципом глобальної інтегральної суперпозиції напружених станів у задачах про тріщини у пластинах, зумовлених дією на її берегах у точках з координатою y точкових сил вигляду .Аналіз літературних джерел показав, що під час виготовлення технологічних паропроводів із сталі 20 діаметрами 89, 159, 219 і більше міліметрів з товщиною стінки 6 мм часто утворюються нормативно допустимі за чинною документацією тріщиноподібні технологічні дефекти, в основному непровари кореня шва різної довжини і глибини. У процесі експлуатації тріщиноподібні дефекти можуть стати причиною появи природної гостроверхої еліпсоподібної внутрішньої поверхневої тріщини, яка за певних умов може поширюватись малою піввіссю у площині кільцевого шва вглиб товщини стінки паропроводу в напрямку до його зовнішньої поверхні, що спричиняє зменшення ста

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ