Автоматическая сварка, 2013, №05



2013 №05 (02)

2013 №05 (04)

---

«Автоматическая сварка», 2013, № 5, с. 22-29  

ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЕРТИЗЫ СОВРЕМЕННЫХ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТВЕТСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

В. И. МАХНЕНКО

ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11.
E-mail: office@paton.kiev.ua
 
Реферат
Важным этапом диагностики состояния ответственных сварных конструкций является прогнозирование их остаточного ресурса на основе прочностных расчетов по предельному состоянию. При отсутствии трещинообразных концентраторов к спонтанному макроразрушению конструктивных элементов в ряде случаев приводит пластическая неустойчивость, связанная с зарождением и развитием пористости. В настоящей работе рассмотрены основные проблемы моделирования вязкого разрушения сварных конструкций и предложены методологические основы описания механизмов их предельного состояния. В частности, разработаны комплексные конечно-элементные модели совместного развития трехмерного напряженно-деформированного состояния упругопластичного материала с упрочнением и порообразования. Условие зарождения пор вязкого разрушения определяется граничным значением параметра Одквиста, а развитие пор — законом Райса–Трейси. Таким образом, предельное состояние конструкции при развитом пластическом течении металла обусловливается ростом несплошности, локальным перераспределением нагрузки и уменьшением фактического несущего сечения. Использование предложенной методологии проиллюстрировано примерами расчета предельного внутреннего давления трубопроводных элементов с учетом начального напряженно-деформированного состояния при монтажной и ремонтной сварке, структурной неоднородности, поверхностных дефектов локального утонения стенки. Показано, что при отсутствии геометрических концентраторов, физическая неоднородность мало влияет на предельную нагрузку при статическом нагружении рассмотренных сварных конструкций. Это согласуется с имеющимся опытом эксплуатации трубопроводных систем, что доказывает применимость разработанных подходов численного анализа для эффективного решения практических задач диагностики состояния современных сварных конструкций. Библиогр. 11, табл. 1, рис. 4.
 
Ключевые слова: вязкое разрушение, порообразование, математическое моделирование, напряженно-дефор-мированное состояние, предельная нагрузка
 
Поступила в редакцию 19.02.2013
Опубликовано 15.04.2013
 
1. Махненко В. И. Ресурс безопасной эксплуатации сварных соединений и узлов современных конструкций. — Киев: Наук. думка, 2006. — 618 с.
2. Fitness-for-Service. American Petroleum Institute. Recommended Practice 579. — First ed., 2000. — 625 p.
3. Саврук М. П. Механика разрушения и прочность материалов. Справочное пособие в 2 т. Т.2. Коэффициенты интенсивности напряжений в телах с трещинами / Под общ. ред. В. В. Панасюка. — Киев: Наук. думка, 1988. — 620 с.
4. Куркин С. А., Лукьянов В. Ф. О прочности сварных сосудов из высокопрочных сталей // Свароч. пр-во. — 1967. — № 9. — С. 1–3.
5. Карзов Г. П., Марголин Б. З., Швецова В. А. Физико-механическое моделирование процессов разрушения. — С.-Пб: Политехника, 1993. — 391 с.
6. Макклинтон Ф., Аргон А. Деформации и разрушение материалов. — М.: Мир, 1970. — 443 с.
7. Рыбин В. В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. — М.: Металлургия, 1986. — 224 с.
8. Hancock I., Mackenzie A. C. On the mechanism of ductile failure a high strength steel subjected in multi-axial stress state // J. Mech. Phys. Solids. — 1976. — 24, № 213. — P. 147–149.
9. Махненко В. И. Расчетные методы исследования кинетики сварочных напряжений и деформаций. — Киев: Наук. думка, 1976. — 320 с.
10. Исследование влияния фазовых превращений на остаточные напряжения при сварке кольцевых стыков труб / В. И. Махненко, Е. А. Великоиваненко, О. В. Махненко и др. // Автомат. сварка. — 2000. — № 5. — С. 3–8.
11. Учет порообразования при оценке предельного состояния в зоне дефекта утонения стенки сосуда давления / В. И. Махненко, Е. А. Великоиваненко, Г. Ф. Розынка, Н. И. Пивторак // Там же. — 2012. — № 12. — С. 3–9.
12. Kiefner J. F., Bruce W. A., Stephens D. R. Pipeline repairmanual. — Houston: Technical Toolboxes, Inс. 1994. — 167 p.