Катастрофическое разрушение

Одной из наиболее важных задач трубопроводного транспорта углеводородов является сокращение риска возникновения аварийных ситуаций. Ее решение позволит снизить безвозвратные потери транспортируемых продуктов, улучшить экологическую обстановку, предотвратить разрушения инженерных сооружений и обеспечить таким образом оптимальное функционирование трубопроводных систем. Актуальность данной проблемы связана с высокой частотой отказов магистральных трубопроводов, приводящих в ряде случаев к катастрофическим последствиям. Надежность трубопроводных систем снижается в процессе эксплуатации вследствие накопления внутренних и внешних повреждений, усиливающихся при одновременном взаимосопряженном воздействии на металл механических напряжений и коррозионных сред и проявляющихся на действующих объектах в виде коррозионно-механич-еских разрушений (КМР), и естественного старения трубопроводных коммуникаций.

При оценке циклической долговечности нельзя ошибаться (или допускать погрешность) в сторону завышения числа Np, так как это может привести к катастрофическим последствиям при принятии решений по результатам расчета. Погрешности в сторону занижения числа Np допустимы, так как они идут в запас долговечности. Поэтому в настоящей методике, во-первых, предлагается уравнение Пэриса-Махутова продолжить в область малых АК[ (или АК[е), как показано на расчетной диаграмме усталостного разрушения (рис. 5.6, б). Eto-вторых, предлагается не рассматривать подобласть III. Для этого считается долговечность исчерпанной, как только АК[ (или АК(е) по мере роста трещины доходит до границы II и III подобластей кинетической диаграммы циклического разрушения.

зуемое в растворах сероводорода, кислот, аммиака, цианистого водорода, щелочей, двуокиси углерода, хлоридов, а также в газообразном водороде и других средах. Коррозионному растрескиванию характерно отсутствие заметных макропластических деформаций в изломах, что свидетельствует о высокоскоростном характере (лавинном) процесса распространения разрушения, в силу чего они в ряде случаев приводят к катастрофическим последствиям.

Предварительные перечни деталей и узлов, которые должны подвергаться неразрушающему контролю при эксплуатации и ремонте объекта, устанавливают на основе результатов прочностных испытаний деталей и узлов, которые дополняют с учетом опыта эксплуатации аналогичной техники предыдущих поколений. Опыт показывает, что многие детали и узлы, прошедшие прочностные испытания, могут разрушаться в условиях эксплуатации. Поэтому в дополнение к указанным данным проводят анализ нагруженности и других условий работы, в частности, климатических, коррозионных, локально-температурных и т. д. всех деталей и узлов объекта, вплоть до каждого болта и гайки, и определяют возможность их разрушения в эксплуатации. Затем выполняют экспертную оценку вероятности образования трещин, расслоений и разрушения деталей и узлов. Выявляют критические детали и узлы, разрушение которых может привести к аварийным или катастрофическим последствиям.

Предварительные перечни деталей и узлов, которые должны подвергаться неразрушающему контролю при эксплуатации и ремонте объект, устанавливают на основе результатов прочностных испытаний деталей и узлов, которые дополняют с учетом опыта эксплуатации аналогичной техники предыдущих поколений. Опыт показывает, что многие детали и узлы, прошедшие прочностные испытания, MOiyr разрушаться в условиях эксплуатации. Поэтому в дополнение к указанным данным проводят анализ нагруженности и других условий работы, в частности, климатических, коррозионных, локально-температурных и т. д. всех деталей и узлов объекта, вплоть до каждого бол-га и гайки, и определяют возможность их разрушения в эксплуатации. Затем выполняют экспертную оценку вероятности образования трещин, расслоений и разрушения деталей и узлов. Выявляют критические детали и узлы, разрушение которых может привести к аварийным или катастрофическим последствиям.

2. При обычных требованиях к надежности (где отказ не приводит к катастрофическим последствиям) можно задаваться ресурсом аппарата t = Тр (или сроком службы t = Тсл), например, из условия необходимости проведения планового ремонта всего

2. При обычных требованиях к надежности (где отказ не приводит к катастрофическим последствиям) можно задаваться ресурсом изделия t = Тр (или сроком службы t — Тсл), например, из условия необходимости проведения планового ремонта всей машины. В этом случае о безотказности изделия судят непосредственно по значению Р (t). *.«

Эти задачи решаются на базе эргономики — науки, занимающейся исследованием «человеческого фактора» в производственной деятельности человека — оператора, ремонтника, эксплуатационника, потребителя. Она изучает функциональные возможности и особенности человека в трудовых процессах, способствуя созданию таких условий, методов и организации труда, которые делают его высокопроизводительным и вместе с тем создают удобства и безопасность в работе. Последнее особенно важно при эксплуатации машин, отказ которых может привести к катастрофическим последствиям [33]. Решение этих задач предполагает приспособление техники к человеку, к условиям труда. Человеческий фактор в современном производстве является одним из важнейших, от которого зависит эффективность и надежность использования техники. Как показывает анализ аварий, нарушений технологических процессов, ошибок управления в сложных технических системах, они вызваны часто тем, что в конструкциях машин и приборов недостаточно учтены особенности и возможности человека.

Избирательное коррозионное разрушение металлических материалов является наиболее опасным, так как при незначительных потерях массы металла и сохранении в общем прежнего внешнего вида конструкции, аппарата или отдельной детали резко снижаются их механические свойства, что может привести к катастрофическим последствиям. Большинство случаев структурной и локальной коррозии может быть объяснено с позиции представлений о парциальных анодных кривых, развитых В. П. Батраковым на основании литературных данных и собственных экспе-

Коррозионно-усталостная прочность металлов. Разрушения от коррозионной усталости встречаются практически во всех отраслях техники и являются весьма опасным видом разрушений, часто приводящим к катастрофическим последствиям. Коррози-онно-усталостному разрушению подвергаются лопатки компрессоров и турбин, валы, гребные винты, детали автомобилей, само-

Влияние СЭ на людей и окружающую среду при отказах, естественно, зависит от характера отказа. Потенциально наибольшую опасность могут представлять СЭ, отказы которых (связанные с отказами - авариями оборудования) могут приводить к очень тяжелым и даже катастрофическим последствиям (например, разрушению реактора АЭС). Тяжелые последствия могут быть связаны с авариями на газо- или нефтепромыслах, разрывами труб МГ, МК и МНП. Меньшая, но серьезная опасность для людей и окружающей среды возникает при отказах в системах очистки уходящих газов на ТЭС и т.п.1 В совокупности, по-видимому, большее влияние на людей и окружающую среду при отказах оказывают ЭЭС, меньшее - ГСС и НСС. Наиболее безопасными с этой точки зрения являются ТСС и ВСС.

Катастрофическое разрушение при усталости в конце этой стадии связано с достижением критического коэффициента интенсивности напряжений при циклическом нагружении (циклическая вязкость разрушения) для образ-

Более высокую коррозионную активность, чем сульфаты, проявляют хлориды щелочных металлов. Наличие щелочных хлоридов в отложениях золы даже в незначительных количествах может сильно повышать интенсивность коррозии труб поверхностей нагрева котла, а в более высоких концентрациях вызывать катастрофическое разрушение металла.

Теоретическая прочность при сдвиге тТСОр определяет тот уровень напряжений, выше которого происходят деформация и катастрофическое разрушение материала, не содержащего дефектов. Кристаллическая структура такого материала является механически нестабильной. Такое поведение можно описать через скорость деформации х как

Если на образцах без покрытий после испытания невооруженным глазом видно катастрофическое разрушение сплава, а под микроскопом на глубине 0.5—1.0 мм обнаруживается неметаллическая

Для более детальной оценки трещиностои кости при многоцикловом нагружении различных сплавов в последние годы используют основные положения линейной механики разрушения [ 109, с. 5—37]. За основной параметр, определяющий поле упругих напряжений в окрестностях усталостной трещины, принимают коэффициент интенсивности напряжений, которым измеряют вязкость разрушения при статическом нагружении. Но в условиях циклического нагружения это—амплитуда коэффициента интенсивности напряжений А/С. Именно этот параметр контролирует скорость роста усталостной трещины. Для анализа трещиностойкости строят кривые зависимости скорости распространения трещины йот приложенного значения А/С (кривые Пэриса). Эти кривые в координатах 1дД/С— \gv имеют три явно выраженных участка. В области малых значений А/С скорость роста трещины резко снижается с уменьшением А/С так, что можно выявить физический порог коэффициента интенсивности, обозначаемый А/СГЛ или просто Kth, ниже которого магистральная .трещина в образце данной геометрии не распространяется. Величина Kth является важным параметром трещиностойкости при многоцикловой усталости. В области средних значений А/С кривая в координатах IgA/C— \gv имеет прямолинейный участок, закон роста трещины подчиняется формуле Пэриса: v = C(AK)n, где Си п — постоянные. В области больших значений А/С наблюдается резкое ускорение роста трещины так, что можно объективно определить критическое значение А/С^С, при достижении которого наступает катастрофическое разрушение образца данной геометрии. Величина A/Cfc называется циклической вязкостью разрушения. Если трещина усталости распространяется в условиях плоской деформации, то Kfc = Kc [ 109, с. 5-19; 110]. Величина Д/С^С является тоже важным параметром трещиностойкости металлов. Установлена корреляция между пороговыми значениями пэрисовской кривой и микрофрактографическими особенностями поверхностей усталостных

где ст и р — параметры распределения Вейбулла; 8 — параметр, характеризующий минимальную эффективную длину волокна. Гипотеза разрушения слабейшего звена, предложенная Цвебеном [40], предполагает, что после разрыва одного или небольшого числа волокон происходит катастрофическое разрушение композита. Перераспределение напряжений, вызываемое первичным разрушением, создает неустойчивость, проявляющуюся в появлении трещины или волны напряжений, приводящих к фактически мгновенному разрушению. В том же предположении, что прочность волокон описывается распределением Вейбулла, получена следующая оценка разрушающих напряжений;

хорошо описываются теоретическими зависимостями, если характерная длина а = 1 мм. Из-за особенностей микроструктуры композита макроскопических трещин обнаружено не было. Однако область с интенсивным выделением энергии (высокой интенсивностью напряжений) все же существует, поскольку катастрофическое разрушение материала начинается при нагрузках, соответствующих достижению высвобождаемой энергией критического уровня.

придерживаясь критерия Гриффитса, нельзя сказать, что произошло разрушение; если же он неустойчив, как этого следует ожидать при распространении трещины в направлении, перпендикулярном нагружению, то произойдет неизбежное катастрофическое разрушение. Конструкция из слоистого композита, для которой подобное разрушение принципиально возможно, не может считаться надежной.

4. ТНП-{-68 °С — катастрофическое разрушение не имеет места до достижения предела прочности.

/ — окисление; // — образование сульфидов (а — слабое; б —сильное); /// — начало разрушения оксида; IV — катастрофическое разрушение; /—обеднение хромом; 2 — сульфиды хрома; 3 — шпинель; 4 — нитриты; 5 — смешанный оксид; 6 — поры

Катастрофическое разрушение емкостей из сплава Ti—6 А1—4 V, заполненных сухим метанолом реактивной чистоты под давлением для корабля «Apollo», в процессе их испытания на надежность стимулировало в конце 60-х годов интенсивное проведение работ по исследованию КР титановых сплавов в органических средах. Основная информация в историческом плане и результаты этих исследований приведены в работе [113]. Более поздние работы по ^ому вопросу обобщены в обзоре [114]. Титан и его сплавы подвергаются межкристаллитному разрушению в некоторых органических растворителях, особенно в растворах метанол — НС1, и в отсутствие напряжения. В некоторых растворах величина KIKP не лимитируется, поэтому выбор образцов не является критическим для качественной оценки материалов. Например, не имеет значения, будут ли использованы U-образные изгибные образцы или гладкие образцы на растяжение, или образцы с предварительно нанесенной усталостной трещиной. Тем не менее тип образца может повлиять на интерпретацию результатов.