Сибирский федеральный университет

Перевод названия: Evaluation of the static cracking resistance of thin-walled pressure vessels

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2018

Идентификатор DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-9-55-63

Ключевые слова: Тонкостенные сосуды давления, эксплуатационная дефектность, поверхностная и внутренняя трещины, механика разрушения, трещиностойкость, J-интеграл, упругопластическое деформирование материала, предельное давление, thin-wall pressure vessels, operational defectiveness, external and internal cracks, fracture mechanics, crack strength, J-integral, elastic-plastic deformation of the material, pressure limit

Аннотация: Проведен анализ критериев разрушения и предельных состояний для тонкостенных сосудов, работающих под давлением, с учетом влияния пластических деформаций. Описаны основные проблемы эксплуатации тонкостенных сосудов, работающих под внутренним избыточным давлением, связанные с технологической дефектностью и исчерпанием нормативного ресурса. Представлены характерные технологические и эксплуатационные дефекты в сварных швах сосудов и статистические данные по их количеству и типам. Дефекты сварки составили 62 % от общего числа дефектов, остальные типы дефектов - значительно меньше процентов. Построены гистограммы размеров дефектов сварки и определены законы распределения: длина подрезов описывалась логнормальным законом распределения, глубина - нормальным законом распределения. Обозначены предельные состояния и критерии разрушения сосудов при наличии дефектов и трещин в условиях упругопластического деформирования материала. Показаны преимущества использования обобщенных уравнений вида «J-кривые» при расчете на трещиностойкость. Приведена формула для расчета «J-кривых», связывающая безразмерный J-интеграл с безразмерной нагрузкой. Проведен анализ напряженно-деформированного состояния тонкостенного сосуда с поверхностной полуэллиптической и внутренней эллиптической трещинами в объемной постановке. Исследованы особенности полей напряжений и деформаций в локальной области зоны трещины при упругопластическом деформировании. Выполнены расчеты и представлены результаты оценки энергетического критерия механики разрушения - J-интеграла для модели сосуда с поверхностной полуэллиптической и внутренней эллиптической трещинами при упругопластическом деформировании. Результаты представлены в виде графиков зависимости безразмерного J-интеграла от геометрических размеров сосуда и трещины. Получены уравнения «J-кривых» и определена предельная нагрузка для тонкостенных сосудов, зависящая от геометрических размеров, параметров нагружения, прочностных свойств материала, характеристик трещиностойкости и деформирования. По «J-кривым» и кривой деформирования получена формула для определения зависимости предельной нагрузки от размера трещины, параметров нагружения и характеристик материала. С использованием этой формулы построены зависимости предельного давления сосуда при упругопластических деформациях от отношения длины трещины а к толщине стенки сосуда S (a/S) для поверхностных и внутренних трещин при различных отношениях R/S (R - радиус оболочки) и Jc, позволяющих оценить уровни предельного давления для безопасной эксплуатации тонкостенных сосудов. The analysis of failure criteria and limit states for thin-wall pressure vessels is carried out, taking into account the influence of plastic deformations. The introduction describes the main problems of operation of thin-walled vessels operating under internal excess pressure, associated with technological defectiveness and reduction of the residual life. Typical technological and operational defects in welded joints of vessels and statistical data on their number and types are presented, their grouping and statistical processing are carried out. The share of welding defects was 62 % of the total number of defects, the remaining types of defects are much smaller. The histograms of the dimensions of welding defects were constructed and the distribution laws were determined: the length of the cuts was described by the lognormal distribution law, the depth by the normal distribution law. Further, the limiting states and criteria for the destruction of vessels in the presence of defects and cracks in the conditions of elastoplastic deformation of the material are indicated. The advantages of using generalized equations of the form “J-curves” when calculating for fracture toughness are shown. A formula is given for the calculation of “J-curves” connecting a dimensionless J-integral with a dimensionless load. An analysis is made of the stress-strain state of a thin-walled vessel with a external half-elliptical and internal elliptical cracks, in a volumetric setting. The peculiarities of the stress and strain fields in the local region of the crack zone under elastoplastic deformation were investigated. The accountings are performed and the results of evaluation of the fracture mechanics energy criterion - J-integral for vessel model with the external half-elliptical and internal elliptical cracks in elastic-plastic deformation - are presented. The results are presented as graphs of the dimensionless J-integral dependency on the geometrical sizes of the vessel and crack. The equations of “J- curve” were obtained and the ultimate load for thin-wall pressure vessels were determined. That ultimate load depends on the geometrical dimensions, loading parameters, structural behaviors of material, the characteristics of crack strength and deformation. On the “J-curves” and the deformation curve, a formula is obtained for determining the dependence of the ultimate load on the crack size, loading parameters and material characteristics. Using this formula, we plotted the dependences of the vessel’s limiting pressure for elastoplastic deformations on the ratio a/S for surface and internal cracks for different ratios R/S and Jc, which allow estimating the levels of limiting pressure for the safe operation of thin-walled vessels.

Журнал: Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Выпуск журнала: Т. 84, № 9

Номера страниц: 55-63

ISSN журнала: 10286861

Место издания: Москва

Издатель: Издательство "Тест-зл"

• Анискович Евгений Валериевич (Сибирский федеральный университет)
• Лепихин Анатолий Михайлович (Красноярский филиал Института вычислительных технологий СО РАН - Специальное конструкторско-технологическое бюро «Наука»)
• Москвичев Владимир Викторович (Сибирский федеральный университет)

• Ядро РИНЦ (eLIBRARY.RU)
• Список ВАК