Долговечности конструктивных

Особый интерес представляют вопросы, связанные с одтимальным проектированием, когда учитывается вероятностный характер работы конструкции [13, 26, 30, 46, 47], В этом случае одной из важнейших для проектировщика характеристик является надежность конструкции. С напряжения и деформации, возникающие в конструкции при различных внешних воздействиях. Но инженерный расчет на этом не заканчивается. Результатом инженерного расчета должен быть ответ на вопрос о том, сможет ли конструкция достаточно надежно служить в течение срока эксплуатации. Знание значений напряжений и деформаций необходимо в конечном итоге лишь для того, чтобы вынести суждение о надежности и долговечности конструкции. Поэтому возникает"задача: так спроектировать конструкцию, чтобы во всех сечениях надежность была заданной, а масса конструкции при этом минимально возможной.

Кривые 1—4 имеют ярко выраженный экстремум при #=1,23. При оценке долговечности конструкции, проводимой по линейному закону суммирования усталостных повреждений, необходимо учитывать связь величины а со статистическим распределением нагру-

Уровень достоверности с также может быть связан с оценкой, по результатам выборки, среднего квадратического отклонения генеральной совокупности. Статистически определенные коэффициенты рассеяния могут быть использованы для характеристики и проверки требований к долговечности конструкции следующим образом [1 ]: } — определить требуемую долговечность Nr, где г = 1 — р —

Эти факторы способствуют снижению долговечности конструкции, в связи с чем их необходимо учитывать при разработке технологических процессов, а также при оценке прочности. • В результате неоднородности механических свойств различных зон в сварном соединении возможно перераспределение деформаций при циклическом нагружении с локализацией их на узком участке, что неизбежно приведет к значительному снижению долговечности.

3. Изучение условий развития трещин в неоднородных полях циклических деформаций для обоснования долговечности конструкции на стадии развития трещин.

Интегрируя это уравнение в пределах от 0 до t и от ан до сг, получаем формулу для расчета относительной долговечности конструкции:

Интегрируя это уравнение в пределах от 0 до t и от он до о, получаем формулу для расчета относительной долговечности конструкции:

Телескопические стрелы тяжелых кранов имеют более сложную конструкционную форму (см. рис. 1). Сложность формы вытекает из необходимости выполнения особенно жестких требований в отношении собственного веса: с одной стороны, увеличение количества составных элементов и соединяющих ее сварных швов, что ведет к уменьшению долговечности конструкции, особенно при возрастании контактных нагрузок, вызванных опорами, с другой — возможность создания более благоприятных условий для восприятия контактной нагрузки, лучшего распределения жесткости, устранения концентраторов напряжений в высоконапряженных зонах. Требуемая долговечность нередко достигается за счет внедрения других видов технологии изготовления основных элементов металлоконструкций: холодной гибки, прокатки и т. д. Это можно наблюдать в конструкциях кранов последних выпусков, обеспечивающих грузоподъемность 2500 кН и длину телескопической стрелы до 100 м. Однако в этом случае усталостные испытания основных узлов стрелы и стрелы в целом стали необходимым элементом процесса проектирования новой конструкции. Практически они до сих пор не реализованы, так как задачу по проектированию стрелы относят к ЧЕСТО статической проблеме.

Гипотезы суммирования усталостных повреждений, отраженные в кривых усталости, полученных при испытании деталей на стенде, позволяют судить о сроках их службы в соответствующих условиях^эксплуатации. На МАЗе накоплен опыт оценки эксплуатационной долговечности конструкции, разработаны стенды и методики ускоренных усталостных испытаний.

Возможность квазистационарного подхода к определению НДС телескопического кольца «подтверждается оценками, приведенными в работах [2, 29]. В этих работах показано, что дополнительные температурные напряжения для рассматриваемого режима термомеханического нагружения (кривая 5 на рис. 3.16) несущественно влияют на НДС и результаты экспериментального определения долговечности конструкции на модельных и натурных элементах при изотермических (температура максимальна) и неизотермических режимах испытаний различаются незначительно (см. рис. 3.18).

спектра частот. Испытания такого типа проводят для анализа закономерностей накопления усталостных повреждений и последующего расчета долговечности конструкции, а также для упрощения и ускорения самого процесса испытаний.

В разделе 5.2 дан анализ кинетики МХПМ и долговечности конструктивных элементов при упругих деформациях. За долговечность конструктивных элементов принималось время, в течение которого первоначальное эквивалентное напряжение достигает своего предельного значения, равного пределу текучести. Однако возникновение пластических деформаций не вызывает разрушения. После наступления текучести констрктивный элемент может сопротивляться действию внешних сил до тех пор, пока деформации (напряжения) не достигнут некоторого критического значения, вызывающего разрушение. В этом случае анализ долговечности значительно усложняется, поскольку кинетика МХПМ определяется двумя фактора-йи: напряжениями и деформацией. Кроме того, пластиче-ckaa деформация, наряду с усилением коррозионного растворения металла, приводит к заметному деформационному утонению стенок оборудования.

Для поддержания технического состояния аппарата на достаточно высоком уровне и обеспечения надежной его работы при условии соблюдения режима эксплуатации, указанного в инструкции изготовителя, необходимо контролировать все указанные выше характеристики и параметры и периодически проводить техническое освидетельствование, а для длительно проработавших аппаратов (при истечении расчетного срока службы сосуда) проводить экспертное техническое диагностирование для установления расчетного ресурса безопасной работы, ремонтно-профилактическими методами обеспечивать необходимые запасы по прочности и долговечности конструктивных элементов аппарата.

Независимо от значения ас значение К0 для нсупрочняемого металла изменяется по единой кривой (гиперболе) с изменением аи. Коэффициент концентрации деформаций Кс пропорционально увеличивается с ростом Он. Максимальные коэффициенты концентрации напряжений и деформаций для оборудования из неупрочняемого металла Ка = ат / [ о ] = пт. Отсюда следует вывод, что при одинаковом максимальном коэффициенте концентрации напряжений, равном коэффициенту запаса прочности пт, коэффициенты концентрации деформаций могут существенно отличаться, например, при п ~ 1.5 (сосуды и аппараты) и о.0 ~ 2 К0 = 1,5 и К,, = 2,67, а при п, - 1,5 и схп -- 4 Кг, = 1.5 и Kf - 10.67. При рабочем напряжении GT/ПГ концснтряюры с а„ < п, работают при упругой деформации, а при аа > Пт испытывают упругопластические деформации. Заметим, что чем больше запас прочности, тем меньше коэффициент концентрации напряжений, но больше коэффициент концентрации деформации. Поэтому при определении долговечности конструктивных элементов целесообразнее использовать деформационные критерии и коэффициенты концентрации пластических деформаций.

В разделе 2.2. дан анализ кинетики МХПМ и долговечности конструктивных элементов при упругих деформациях. За долговечность конструктивных элементов принималось время, в течение которого первоначальное эквивалентное напряжение достигает своего предельного значения, равного пределу текучести. Однако возникновение пластических де-формапий не вызывает разрушения. После наступления текучести конструктивный элемент может сопротивляться действию внешних сил до тех пор, пока деформации (напряжения) не достигнут некоторого критического значения, вызывающего разрушение. В этом случае анализ долговечности значительно усложняется, поскольку кинетика МХПМ определяется двумя факторами: напряжениями и деформацией. Кроме этого, пластическая деформация, наряду с усилением коррозионного растворения металла, приводит к заметному деформационному утонению стенок оборудования.

Исследование кинетики НДС, накопления повреждений и долговечности конструктивных элементов показало эффективность использования метода расчета, основанного на рассмотрении кинетики возникновения и суммирования повреждений в зонах концентрации напряжений и мембранных зонах при длительном малоцикловом нагружении и нагружении в условиях циклической ползучести.

Важно отметить, что кривые малоцикловой усталости модели (кривая 2 на рис. 3.17) и материала (кривая 1 на рис. 3.7) практически совпадают. Следовательно, разработанный метод расчета малоцикловой долговечности конструктивных элементов на основании деформационно-кинетических критериев является достаточно эффективным, а схематизация режимов термомеханического нагружения (см- рис. 3.5), а также принятые допущения и предположения о характере циклического упругопластического деформирования приемлемы.

Поэтому применяются два направления расчетов готовой конструкции — оценка долговечности в различных условиях эксплуатации и выбор (на основе заданной нормы долговечности) конструктивных параметров изделия, материала деталей, технологии и др.

Опыт эксплуатации энергетического оборудования и результаты многочисленных исследований убедительно свидетельствуют о том, что традиционный подход при разработке конструкционных и жаропрочных сталей в достижении высоких показателей расчетных характеристик механической прочности (предела текучести и предела длительной прочности при рабочей температуре) во многих случаях не обеспечивает требуемой надежности, долговечности конструктивных элементов.

Заметим, что чем больше запас прочности, тем меньше коэффициент концентрации напряжений, но больше коэффициент концентрации деформации. Поэтому при определении долговечности конструктивных элементов целесообразно использовать деформационные критерии и коэффициенты концентрации пластических деформаций. Иногда допускают определение К0 для низколегированных сталей по формуле К„ = с?т / а„. Деформационным упрочнением для трубных сталей пренебрегать нельзя, поскольку коэффициенты деформационного упрочнения для них достаточно высокие (п = 0,1 *0,3).

снижение остроты дефектов (рисунок 2.28, а, б). В критических дефектах (рисунок 2.29) возможно образование вторичных трещин. Указанные факты необходимо учитывать при оценке характеристик долговечности конструктивных элементов.

даемости металлов в зависимости от интенсивности механических напряжений. На основании уравнения (2.2) представляется возмож-ным производить оценку долговечности конструктивных элементов в условиях одновременного действия упругих напряжений и коррозионных сред. При этом величину К2 можно определить расчетным путем: K^V/RT. Уравнение (2.2) адекватно отражает экспериментальные данные других авторов (рисунок.2.12).