Автоматическая сварка, 2019, №03



2019 №03 (06)

DOI of Article 10.15407/as2019.03.07

2019 №03 (08)

---

Журнал «Автоматическая сварка», № 3, с. 55-63

Методы определения локальных напряжений в сварных соединениях труб (Обзор)

П.Н. Ткач, А.В. Молтасов, И.Г. Ткач, С.Н. Прокопчук

ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины. 03150, г. Киев, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua

Для сварных соединений трубопроводов и элементов сварных конструкций, в том числе трубчатых, характерны изменения сечения в зоне шва. В местах изменения формы возникает местное повышение напряжений или их концентрация. Степень концентрации часто играет решающую роль при определении напряженно-деформированного состояния конструкции в целом, оказывает влияние на долговечность при циклических нагрузках, а также влияет на процесс зарождения и развития трещин. В настоящей статье приведен обзор работ, посвященных методикам определения максимальных локальных напряжений, действующих в зоне концентрации напряжений, вызванной геометрической формой сварных соединений трубопроводов и трубчатых конструкций. Библиогр. 49, табл. 1, рис. 4.
Ключевые слова: сварные соединения трубопроводов, трубчатые конструкции, геометрия сварного шва, локальные напряжения, коэффициент концентрации напряжений

Поступила в редакцию 29.10.2018
Подписано в печать 20.02.2019

Список литературы

1. Труфяков В.И., Дворецкий В.И., Михеев П.П. и др. (1990) Прочность сварных соединений при переменных нагрузках. Киев, Наукова думка.
2. Навроцкий Д.И. (1968) Расчет сварных конструкций с учетом концентрации напряжений. Ленинград, Машиностроение.
3. Кучук-Яценко С.И., Кирьян В.И., Казымов Б.И., Хоменко В.И. (2006) К методологии контроля соответствия назначению сварных соединений трубопроводов, полученных контактной сваркой оплавлением. Автоматическая сварка, 10, 3–9.
4. Патон Б.Е. (2013) Исследования и разработки ИЭС им. Е.О. Патона для современной энергетики. Там же, 10-11, 14–22.
5. Коростылев Л.И., Литвиненко Д.Ю. (2015) Оценка коэффициента концентрации напряжений в сварных узлах тонкостенных конструкций расчетом макро- и микроконцентрации. Науковий вісник Херсонської державної морської академії, 2(13), 184–194.
6. Ostsemin A.A., Dil’man V.L. (2003) Effect of stress concentration in a welded seam on the low-cycle fatigue of large-diameter pipes. Chemical and Petroleum Engineering, 39, 5-6, 259–264.
7. Рыбин Ю.И., Стаканов В.И., Костылев В.И. и др. (1982) Исследование методом конечных элементов влияния геометрических параметров швов тавровых и крестообразных сварных соединений на концентрацию напряжений. Автоматическая сварка, 5, 16–20.
8. Macdonald K.A., Haagensen P.J. (1999) Fatigue design of welded aluminum rectangular hollow section joints. Engineering Failure Analysis, 6, 113–130.
9. Tkacz P.N., Moltasow A.W. (2017) Rozwój metod oceny stanu naprężenia w elementach konstrukcji spawanych. Część 1. Metody tradycyjne. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa, 4, 52–56.
10. Tkacz P.N. Moltasow A.W. (2017) Rozwój metod oceny stanu naprężenia w elementach konstrukcji spawanych. Część 2 Metody najnowsze. Ibid, 5, 98–103.
11. Wood J. (2008) A review of literature for the structural assessment of mitred bends. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 85, 275–294.
12. N’Diaye A., Hariri S., Pluvinage G., Azari Z. (2007) Stress concentration factor analysis for notched welded tubular T-joints. International Journal of Fatigue, 29, 1554–1570.
13. Ai-Kah Soh, Chee-Kiong Soh. (1991) SCF Equations for DT/X square-to-round tubular joints. J. Construct. Steel Research, 19, 81–95.
14. Chang E., Dover W.D. (1996) Stress concentration factor parametric equations for tubular X and DT joints. Int. J. Fatigue, 18, 6, 363–387.
15. Morgan M.R., Lee M.M.K. (1997) New parametric equations for stress concentration factors in tubular K-joints under balanced axial loading. Ibid, 19, 4, 309–317.
16. Morgan M.R., Lee M.M.K. (1998) Prediction of stress concentrations and degrees of bending in axially loaded tubular K-joints. J. Construct. Steel Res, 45, 1, 67–97.
17. Rodriguez J.E., Brennan F.P., Dover W.D. (1998) Minimization of stress concentration factors in fatigue crack repairs. Int. J. Fatigue, 20, 10, 719–725.
18. Karamanos S.A., Romeijn A., Wardenier J. (1999) Stress concentrations in multi-planar welded CHS XX-connections. J. Construct. Steel Res, 50, 259–282.
19. Lee M.M.K. (1999) Estimation of stress concentrations in single-sided welds in offshore tubular joints. Int. J. Fatigue, 21, 895–908.
20. Dekker C.J., Brink H.J. (2000) Nozzles on spheres with outward weld area under internal pressure analysed by FEM and thin shell theory. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 77, 399–415.
21. Maddox S.J., Manteghi S. (2002) Fatigue tests on duplex stainless steel tubular t-joints. Welding in the World, 46, 3/4, 12–19.
22. Dong P., Hong J.K., Osage D., Prager M. (2003) Assessment of ASME’s FSRF rules for vessel and piping welds using a new structural stress method. Ibid, 47, 1/2, 31–43.
23. Dong P., Hong J.K. (2004) The master S-N curve approach to fatigue of piping and vessel welds. Ibid, 48, 1/2, 28–36.
24. Finlay J.P., Rothwell G., English R., Montgomery R.K. (2003) Effective stress factors for reinforced butt-welded branch outlets subjected to internal pressure or external moment loads. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 80, 311–331.
25. Dong P., Prager M., Osage D. (2007) The design master S-N curve in ASME Div 2 rewrite and its validations. Welding in the World, 51, 5/6, 53–63.
26. Qadir M., Redekop D. (2009) SCF analysis of a pressurized vessel–nozzle intersection with wall thinning damage. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 86, 541–549.
27. Ahmadi H., Lotfollahi-Yaghin M. A., Aminfar M. H. (2011) Distribution of weld toe stress concentration factors on the central brace in two-planar CHS DKT-connections of steel offshore structures. Thin-Walled Structures, 49, 1225–1236.
28. Acevedo C., Nussbaumer A. (2012) Effect of tensile residual stresses on fatigue crack growth and S–N curves in tubular joints loaded in compression. International Journal of Fatigue, 36, 171–180.
29. Habibi N., H-Gangaraj S.M., Farrahi G.H. et al. (2012) The effect of shot peening on fatigue life of welded tubular joint in offshore structure. Materials and Design, 36, 250–257.
30. Chung J., Wallerand R., Hélias-Brault M. (2013) Pile fatigue assessment during driving. 5th Fatigue Design Conference, Fatigue Design 2013. Procedia Engineering, 66, 451–463.
31. Li Y., Zhou X.P., Qic Z.M., Zhang Y.B. (2014) Numerical study on girth weld of marine steel tubular piles. Applied Ocean Research, 44, 112–118.
32. Вершинский С.В., Винокуров В.А., Куркин С.А. и др. (1975) Проектирование сварных конструкций в машиностроении. Москва, Машиностроение.
33. Lotsberg I. (1998) Stress concentration factors at circumferential welds in tubulars. Marine Structures, 11, 207–230.
34. Lotsberg I. (2004) Fatigue design of welded pipe penetrations in plated structures. Ibid, 17, 29–51.
35. Lotsberg I. (2009) Stress concentrations due to misalignment at butt welds in plated structures and at girth welds in tubulars. International Journal of Fatigue, 31, 1337–1345.
36. Lotsberg I. (2008) Stress concentration factors at welds in pipelines and tanks subjected to internal pressure and axial force. Marine Structures, 21, 138–159.
37. Lotsberg I. (2011) On stress concentration factors for tubular Y- and T-Joints in frame structures. Ibid, 24, 60–69.
38. Lotsberg I. (2016) Fatigue design of marine structures. Cambridge University Pres.
39. Cheng B., Qian Q., Zhao X.L. (2015) Stress concentration factors and fatigue behavior of square bird-beak SHS T-joints under out-of-plane bending. Engineering Structures, 99, 677–684.
40. Cheng B., Qian Q., Zhao X.L. (2015) Numerical investigation on stress concentration factors of square bird-beak SHS T-joints subject to axial forces. Thin-Walled Structures, 94, 435–445.
41. Tong L., Xu G., Liu Y. et al. (2015) Finite element analysis and formulae for stress concentration factors of diamond bird-beak SHS T-joints. Ibid, 86, 108–120.
42. Mukhtar F.M., Al-Gahtani H.J. (2016) Finite element analysis and development of design charts for cylindrical vessel-nozzle junctures under internal pressure. Arabian Journal for Science and Engineering, 41, 10, 4195–4206.
43. Chen Y., Wan J., Hu K. et al. (2017) Stress concentration factors of circular chord and square braces K-joints under axial loading. Ibid, 113, 287–298.
44. Юхимец П.С. (2015) Оценка остаточного ресурса поврежденного тройника. Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 3, 26–31.
45. Moffat D.G., Mistry J., Moore S.E. (1999) Effective stress factor correlation equations for piping branch junctions under internal pressure loading. J. Press Vessel Technol., 121(2), 121–126.
46. Губайдулин Р.Г., Тиньгаев А.К., Лупин В.А. (2012) Исследование напряженного состояния сварных соединений бесфасоночных трубчатых узлов. Вестник ЮУрГУ, Серия «Металлургия», 18, 15, 31–36.
47. Маковецкая-Абрамова О.В., Хлопова А.В., Маковецкий В.А. (2014) Исследование концентрации напряжений при сварке трубопроводов. Технико-технологические проблемы сервиса, 2(28), 25–27.
48. Федосеева Е.М., Ольшанская Т.В., Игнатов М.Н. (2011) Моделирование нестационарных процессов в сварном соединении трубопровода. Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 5, 376–382.
49. Бут В.С., Олейник О.И. (2014) Развитие в Украине технологий ремонта дуговой сваркой магистральных трубопроводов в условиях эксплуатации. Автоматическая сварка, 5, 42–50.