Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 2019, №01



2019 №01 (01)

DOI of Article 10.15407/tdnk2019.01.02

2019 №01 (03)

---

Техническая диагностика и неразрушающий контроль №1, 2019, стр. 13-25

Статистический анализ остаточной прочностидефектных трубопроводовпри высокотемпературной эксплуатации

А.С. Миленин, Е.А. Великоиваненко, Г.Ф. Розынка, Н.И. Пивторак

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

Реферат:
Применительно к сварным трубопроводным элементам и сосудам давления, эксплуатируемый при повышенных температурах, предложена численная методика анализа остаточной статической прочности и работоспособности с учетом обнаруженных при технической диагностике дефектов коррозионно-эрозионной потери металла. Для анализа неоднородного напряженно-деформированного состояния в области геометрического концентратора наряду с общепринятыми подходами статистической механики, заключающимися в оценке вероятности разрушения с помощью интегрирования поля напряжений в рамках распределения Вейбулла, был предложен подход аналогичного рассмотрения поля интенсивности пластических деформаций. Это позволяет корректно учитывать кинетику совместного развития необратимых деформаций мгновенной пластичности и ползучести, которая определяет предельное состояние дефектной конструкции под действием конкретной системы эксплуатационного температурно-силового воздействия. Данная методология была реализована на основе комплекса конечно-элементных моделей прогнозирования совместного развития напряженно-деформированного состояния и докритического повреждения трубопроводных элементов с поверхностными дефектами потери металла. Для адекватного количественного прогнозирования вероятности разрушения дефектных трубопроводов из различных материалов были получены значения параметров Вейбулла в зависимости от свойств материала и температуры. Получены эквивероятностные диаграммы допустимости дефекта локального утонения стенки трубопроводного элемента при различных условиях эксплуатации. Показано соответствие предложенных методик требованиям актуальных нормативных документов. Библиогр. 20, рис. 13.
Ключевые слова: трубопроводный элемент, коррозионно-эрозионный дефект, статическая прочность, вязкое разрушение, вероятность разрушения

Поступила в редакцию 25.02.2019 25
Подписано к печати 06.03.2019

1. Березина Т.Г., Бугай Н.В., Трунин И.И. (1991) Диагностирование и прогнозирование долговечности металла теплоэнергетических установок. Киев, Техника.
2. Xue J.-L., Zhou C.-Y., Peng J. (2015) Ultimate creep load and safety assessment of P91 steel pipe with local wall thinning at high temperature. International Journal of Mechanical Sciences, 93, 136–153. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2015.01.010
3. Milenin A., Velikoivanenko E., Rozynka G., Pivtorak N. (2019) Probabilistic procedure for numerical assessment of corroded pipeline strength and operability. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 171, 60–68. https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2019.02.003.
4. Lemaitre J., Desmorat R. (2005) Engineering Damage Mechanics. Ductile, Creep, Fatigue and Brittle Failures. Berlin, Springer-Verlag.
5. Radaj D. (1992) Heat Effects of Welding. Temperature Field, Residual Stress, Distortion. Berlin, Springer Verlag.
6. Makhnenko V. (2013). Problems of examination of modern critical welded structures. The Paton Welding J., 5, 21–28.
7. Wei Y., Zhang L., Au F.T.K. et al. (2016) Thermal creep and relaxation of prestressing steel. Construction and Building Materials, 128, 118–127. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.10.068
8. Lemaitre J., Chaboche J.L. (1988) Mecanique des Materiaux Solides. English edition. Cambridge, Cambridge Univ. Press.
9. Махненко В.И. (1976) Расчетные методы исследования кинетики сварочных напряжений и деформаций. Киев, Наукова думка.
10. Xue L. (2008) Constitutive modeling of void shearing effect in ductile fracture of porous materials. Engineering Fracture Mechanics, 75, 3343–3366. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2007.07.022.
11. Cowper, G.R., Symonds, P.S. (1958) Strain Hardening and Strain Rate Effects in the Impact Loading of Cantilever Beams. Brown Univ. Applied Mathematics Report.
12. Huang Y. (1991). Accurate dilatation rate for spherical voids in triaxial stress fields. Journal of Applied Mechanics (ASME Transactions), 58, 1084–1086. doi:10.1115/1.2897686.
13. Махненко В.И. (2006) Ресурс безопасной эксплуатации сварных соединений и узлов современных конструкций. Киев, Наукова думка.
14. Velikoivanenko E., Milenin A., Rozynka G., Pivtorak N. (2015) Evaluation of operability of the main pipeline with local wall thinning at repair by arc surfacing. The Paton Welding Journal, 1, 18–23. https://doi.org/10.15407/tpwj2015.01.03.
15. Moshayedi H., Sattari-Far I. (2017). The dependence of Weibull parameters on preloads and its implication on brittle fracture probability prediction using a local criterion. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 87, 50–60. https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2016.10.005
16. Qian G., Niffenegger M. (2013) Procedures, methods and computer codes for the probabilistic assessment of reactor pressure vessels subjected to pressurized thermal shocks. Nuclear Engineering and Design, 258, 35–50. http://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2013.01.030.
17. Velikoivanenko E.A., Milenin A.S., Popov A.V. et al. (2014) Methods and Technologies of Parallel Computing for Mathematical Modeling of Stress-Strain State of Constructions Taking into Account Ductile Fracture. Journal of Automation and Information Sciences, 46, 11, 23–35. https://doi.org/10.1615/JAutomatInfScien.v46.i11.30.
18. Velikoivanenko E.A., Milenin A.S., Popov A.V. et al. (2019) Methods of Numerical Forecasting of Serviceability of Welded Structures on Computers of Hybrid Architecture. Cybernetics and Systems Analysis, 55, 1, 117–127. https://doi.org/10.1007/s10559-019-00117-8.
19. Bjornoy O. (еd.) (2004) Recommended Practice, DNV-RP-F101. Corroded Pipelines. Hovik, Det Norske Veritas.
20. (2008) ДСТУ-Н Б В.2.3-21:2008 Настанова. Визначення залишкової міцності магістральних трубопроводів з дефектами. Київ, Мінрегіонбуд України.