Коэффициентов надежности

наличие остаточных сварочных напряжении в сталях разного структурного класса; эти напряжения в большинстве случаен по могут быть сняты термообработкой ввиду различных оптимальных условий термообработки сталей различного тина и различия величин коэффициентов линейного расширения.

При сварке 12%-ных хромистых мартенситных сталей с высокохромистыми феррптными и ферритло-аустепитными предпочтительнее выбирать сварочные материалы ферритно-аустенитлого класса, так как применение ферритных сварочных материалов (например, ЭФ-Х17) приводит к получению швов с крупным терном и низкой пластичностью в исходном состоянии после сварки. В ходе термообработки следует принимать меры к ускоренному охлаждению для предупреждения 475°-ной хрупкости. Так как коэффициенты линейного расширения высокохромистых сталей различных марок и ферритно-аустенитных швов близки, то термообработка приводит к почти полному устранению сварочных напряжений. При использовании ауотенитных сварочных материалов с помощью термообработки нельзя снять сварочные напряжения из-за существенной разницы в величинах коэффициентов линейного расширения шва и основного металла.

Кроме того, из-за разности коэффициентов линейного расширения перлитной и аустенитиой сталей высокий отпуск приведет лишь к перераспределению остаточных напряжений, а не к их снятию. При изготовлении сварных узлов из металла большой толщины, обладающих высокой жесткостью, могут произойти хрупкие разрушения по зоне сплавления перлитной стали с аусте-нитным швом. Для предотвращения этих разрушений необходимо применять сварочные материалы с повышенным содержанием никеля (например, электроды типа <)Л-ЗМи, ЭА-4ВЗК2), электроды со стер/пнем из никелевого сплава.

Значения коэффициентов линейного расширения для некоторых металлов при разных температурах приведены в табл. 101.

нейного расширения изменяется по криволинейной зависимости, но внутри пределов, ограниченных значениями коэффициентов линейного расширения чистых компонентов.

Основными затруднениями при сварке А1 является присутствие на поверхности металла тугоплавкой плотной окисной пленки А1аО3 (Тпл = 2050° С, у = 3,9 г/см3); толщина которой увеличивается с течением времени и с повышением температуры. Большие значения коэффициентов линейного расширения а и теплопроводности Я часто приводят к деформациям, а иногда и к трещинам в сварных соединениях из А1 и его сплавов.

На рис. 242 представлен отгонный куб из текстофаолита, изготовленный на одном химическом заводе. Его диаметр 1400 мм, высота 2700 мм. Куб работает в среде 35% гексахлорана, 2% хлора, 1,2% соляной кислоты и 61,8% бензола при температуре 100° С и давлении 20 • 103 н/м'2. Куб изготовлен из трех слоев фаолита и соответственно из трех слоев хлопчатобумажной ткани. Корпус вставляют в металлический кожух (для защиты от механических повреждений) и укрепляют с помощью .металлическо-ю уголка. Учитывая различие коэффициентов линейного расшире-

3) внутренние напряжения, возникающие при изменении температуры ее счет равных коэффициентов линейного и объемного расшяре-> ния металла и ОЕИСНОИ пленки;

Напряжения второго рода возникают вследствие неоднородности кристаллического строения и различия физико-механических свойств фаз и структур сплавов. Фазы, например в черных металлах, феррит, аустенит, цементит, графит обладают различной кристаллической решеткой; их плотность, прочность и упругость, теплопроводность, теплоемкость, характеристики теплового расширения различные. Структуры, представляющие собой смесь фаз, например перлит в сталях, а также закалочные структуры, в свою очередь, обладают отличными от смежных структур свойствами. Различие кристаллической ориентации зерен металла обусловливает анизотропию физико-механических свойств микрообъемов металла. В результате совместного действия этих факторов возникают внутри-зеренные и межзеренные напряжения еще в процессе первичной кристаллизации и при последующих превращениях во время охлаждения. При высоких температурах напряжения уравновешиваются благодаря пластичности материала. Однако они проявляются в низкотемпературной области, возникая при фазовой перекристаллизации1 и выпадении вторичных и третичных фаз (фазовый наклеп), при каждом. общем или местном повышении температуры (из-за различия теплопроводности и коэффициентов линейного расширения структурных составляющих), приложении внешних нагрузок (из-за различия и анизотропии механических свойств), а также 'при наклепе, наступающем в результате общего или местного перехода напряжений за предел текучести материала.

При сопряжении деталей из легких сплавов со стальными деталями следует учитывать различие их коэффициентов линейного расширения. В неподвижных сопряжениях, когда расширение деталей, выполненных из легких сплавов, ограничено смежными стальными деталями, могут возникнуть высокие термические напряжения. В подвижных сочленениях, где охватываемая деталь выполнена из легкого сплава, а охватывающая из стали, например цилиндр двигателя внутреннего сгорания с алюминиевым поршнем, следует предусматривать увеличенные зазоры во избежание защемления поршня при повышенных температурах.

Стали типа 15Х5М относятся к числу термически стабильных. Однако при длительном воздействии высокой температуры в сварных разнородных соединениях могут образовываться переходные прослойки, обусловленные диффузионном перераспределением в них диффузионно-подвижных элементов. Исследования, проведенные Н.М. Королевым во ВНИИнефтемаше, показали, что интенсификацию диффузионных процессов вызывают циклические термические напряжения, обусловленные различием температурных коэффициентов линейного расширения аустенитного шва и основного металла. Помимо термических напряжений действуют также напряжения, возникающие вследствие наличия закаленных участков в околошовных зонах. Мартенситная пересыщенная структура закалки всегда обладает более высокой свободной энергией, чем равновесные фазы с таким же номинальным составом, т.е. околошовные зоны термического влияния закаливающейся стали характеризуются более структурно-напряженным состоянием. Как известно, напряженное состояние металла значительно влияет на скорость диффузионных процессов и их коррозионную стойкость.

Коэффициент надежности сложного изделия выражается произведением коэффициентов надежности составляющих элементов:

Таблица 7.1. Значение коэффициентов надежности по нагрузке

Расчет несущей способности подземных резервуаров. Расчет на прочность и устойчивость производится на наиболее невыгодное сочетание нагрузок с учетом коэффициентов надежности по нагрузке: вертикальное и горизонтальное давление грунта с учетом коэффициента 1,3; гидростатическое давление жидкости, заполняющей резервуар на 0,75 от его высоты; избыточное давление или вакуум. При высоте засыпки грунта выше верхней образующей резервуара более 0,5 м вес конструкции вследствие малости (не более 5% суммарных нагрузок) можно не учитывать.

17.3.1. Основные положения и нагрузки. Расчет конструкций трубопроводных систем производится в соответствии со СНиП с учетом специфических условий их работы. В табл. 17.5 дана классификация нагрузок и значения коэффициентов надежности по нагрузке в соответствии со СНиП 2.01.07-85. Сочетания нагрузок и значения коэффициентов сочетания ц/i и \у2 принимаются в соответствии с упомянутым СНиП. Нормативные значения нагрузок от осадков и отложений в трубопроводах приведены в табл. 17.6.

Коэффициент надежности машины в целом равен произведению коэффициентов надежности составляющих элементов, входящих в состав машины:

и машины в целом, обеспечивающих их надежность. Под надежностью понимают вероятность безотказной работы в течение заданного срока службы в заданных условиях. Расчет надежности базируется на статистических данных. Основным показателем надежности является коэффициент надежности, который определяется следующим образом. Если из 1000 подшипников безотказно в течение заданного срока службы работали 900, то надежность этих подшипников выражается коэффициентом R = 900/1000 = 0,9. Согласно теории вероятности коэффициент надежности машины выражают произведением коэффициентов надежности отдельных элементов, составляющих машину. Так, если машина включает 10 элементов с одинаковой надежностью R = 0,9, то надежность машины составляет R = 0,910 = 0,35. Отсюда очевидно, что надежность машины зависит от надежности каждой детали, входящей в состав машины.

Уровень коэффициентов надежности, долговечности, ремонтопригодности, ремонтной сложности характеризует ремонтоэффек-тивность оборудования, которую необходимо учитывать при проектировании и изготовлении новых машин. Экономическим выражением уменьшения ремонтных работ является относительное уменьшение объема ремонтных работ и затрат на их выполнение, определяемого по формуле

В теме «Количественные характеристики надежности» рассматриваются определения, выводятся аналитические зависимости, указываются достоинства и недостатки основных количественных характеристик надежности: вероятность безотказной работы, частота, опасность и интенсивность (средняя частота) отказов, среднее время безотказной работы и наработки на отказ, коэффициент готовности. Также приводится ряд коэффициентов надежности, наиболее часто используемых в практике.

Коэффициент надежности сложного изделия выражается произведением коэффициентов надежности составляющих элементов:

Еще одной задачей, не получившей отражения в нормах, является учет дефектов формы резервуаров (вмятин, гофров, хлопунов, увода кромок в зоне монтажного соединения). Как показывают результаты численного анализа, эти искажения могут приводить к существенным локальным напряжениям, находящимся на уровне или выше предела текучести металла. При этом изменяются и характеристики механических свойств металла, что приводит к необходимости корректировки коэффициентов надежности. Однако этот вопрос не нашел пока должного отражения в рассматриваемых нормах.

продольное усилие и крутящий момент в рассматриваемом сечении. Как и в предыдущем случае, структура формул (2.36) и (2.37) не содержит параметров, отражающих наличие технологических дефектов и эксплуатационных повреждений. Наиболее типичными дефектами здесь служат монтажные повреждения типа вмятин, гофров и дефекты сварки. Вмятины оказываются особо опасными, поскольку помимо концентрации напряжений здесь происходит снижение пластичности металла. Поскольку при наличии вмятин существенной оказывается и компонента напряжений а2, вместо <^1 в формулах необходимо использовать о-экв. Как и в рассмотренном выше случае, снижение пластичности металла также требует соответствующей корректировки коэффициентов надежности у. Однако данный подход пока не реализован в нормах расчета прочности.

Принципиальным отличием данного вероятностного подхода является то, что уравнение предельного состояния уже не содержит детерминированных коэффициентов надежности у. Сложность реализации ограничения (2.48) при расчетах нефтехимических резервуаров и трубопроводов заключается в необходимости наличия вероятностных моделей нагрузок, воздействий, расчетных сопротивлений материалов, геометрических размеров элементов. Кроме того, необходимо установление нормы [_R], что в настоящее время весьма проблематично в силу недостаточности имеющейся статистики потерь. Однако, учитывая интенсивность и широту исследований в данном направлении, можно полагать, что эти задачи в ближайшие годы будут решены.