Технічна діагностика та неруйнівний контроль, 2019, №01



2019 №01 (01)

DOI of Article 10.15407/tdnk2019.01.02

2019 №01 (03)

---

Технічна діагностика і неруйнівний контроль №1, 2019, стр. 13-25

Статистичний аналіз залишкової міцності дефектних трубопроводів за високотемпературної експлуатації

О.С. Міленін, О.А. Великоіваненко, Г.П. Розинка, Н.І. Півторак

ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua

Реферат:
Стосовно зварних трубопровідних елементів та посудин тиску, що експлуатуються за підвищених температур, запропонована чисельна методика аналізу залишкової статичної міцності і роботоздатності з урахуванням виявлених технічною діагностикою дефектів корозійно-ерозійної втрати металу. Для аналізу неоднорідного напружено-деформованого стану в області геометричного концентратора поряд із загальноприйнятими підходами статистичної механіки, що полягають в оцінці ймовірності руйнування за допомогою інтегрування поля напружень в рамках розподілу Вейбулла, було запропоновано підхід аналогічного розгляду поля інтенсивності пластичних деформацій. Це дозволяє коректно враховувати кінетику спільного розвитку незворотних деформацій миттєвої пластичності і повзучості, яка визначає граничний стан дефектної конструкції під дією конкретної системи експлуатаційного температурно-силового впливу. Дана методологія була реалізована на основі комплексу скінченно-елементних моделей прогнозування спільного розвитку напружено-деформованого стану та докритичного пошкодження трубопровідних елементів з поверхневими дефектами втрати металу. Для адекватного кількісного прогнозування ймовірності руйнування дефектних трубопроводів з різних матеріалів були отримані значення параметрів Вейбулла в залежності від властивостей матеріалу і температури. Отримано еквіймовірністні діаграми допустимості дефекту локального стоншення стінки трубопровідного елемента за різних умов експлуатації. Показано відповідність запропонованих методик вимогам актуальних нормативних документів. Бібліогр. 20, рис. 13.
Ключові слова: трубопровідний елемент, корозійно-ерозійний дефект, статична міцність, в’язке руйнування, ймовірність руйнування

Надійшла до редакції 25.02.2019 25
Підписано до друку 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.