Напряженно деформированному

В результате совместного действия различных нагрузок сварной аппарат находится в сложном напряженно-деформированном состоянии. Величина рабочих напряжений и их распределение в конструктивных элементах аппарата в значительной мере определяют работоспособность, уровень и характер поврежденности. Особенно опасны конструкции, работающие в условиях знакопеременных нагрузок при наличии дополнительных негативных факторов, таких как, например, коррозия, температурные перепады, изменения состава сырья и т.д.

Метод магнитной памяти металла представляет принципиально новое направление в технической диагностике. Это второй после акустической эмиссии (АЭ) пассивный метод, при котором используется информация излучения конструкций. При этом ММП, кроме раннего обнаружения развивающего дефекта, дополнительно дает информацию о фактическом напряженно-деформированном состоянии объекта контроля и выявляет причину образования зоны концентрации напряжений - источника развития повреждения.

По результатам анализа технической документации составляют перечень проанализированной документации и базу данных технических параметров объекта, а также план оперативной диагностики конструкции. Целью оперативной диагностики является получение сведений о техническом состоянии объекта, его технологических параметрах и напряженно-деформированном состоянии, об условиях взаимодействия металла с окружающей средой в процессе эксплуатации. Определяют фактические значения давления в сосуде или трубопроводе, а также температуру, влажность и состав рабочей среды. Оценивают эффективность ингибиторной защиты и ЭХЗ, осуществляют контроль скорости коррозии.

Контроль технического состояния оборудования проводится на всех этапах: при производстве, монтаже, пуске, в эксплуатации, в процессе ре-монтно-восстановительных работ. Оценка технического состояния, прогнозирование остаточного ресурса и обеспечение безопасной работы оборудования нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств является сложной комплексной научно-технической и организационной проблемой. Она охватывает проектирование и технологию изготовления, особенности конструкции исследуемого объекта и технологического процесса, протекающего в оборудовании, исследование изменения структуры и свойств конструкционных материалов в напряженно-деформированном состоянии и в условиях действия технологических сред, охрану труда и технику безопасности, метрологическое обеспечение и экономическую эффективность применяемых технических средств диагностирования. Процесс технического диагностирования - строго нормированный процесс, не допускающий неопределенности в оценке показателей, обеспечивающий повторяемость и заданную точность результатов обследования.

Взаимосвязь напряженно-деформированного состояния металла с параметрами гармонических составляющих спектра вторичного электромагнитного поля. В работах [62, 66, 67] приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований взаимосвязи электрофизических параметров металлов - магнитной проницаемости, удельной электрической проводимости, коэрцитивной силы, остаточной намагниченности и др. с параметрам!: гармонических составляющих спектра сигнала накладных и проходных вихретоковых преобразователей. Как было показано выше, существует корреляция между электрофизическими и механическими параметрами металлов в напряженно-деформированном состоянии. Соответственно существуют корреляционные связи между параметрами гармонических состлвляющих сигнала вихретоковых преобразователей и изменениями струкгуры и механических свойств металлов в напряженно-деформированном < «стоянии. В этом плане важной задачей является выявление возможностей и условий прогнозирования пределов текучести и прочности изделий эез их разрушения по результатам измерений параметров гармонических составляющих спектра сигнала вихретокового преобразователя.

Ввиду сложности и многостадийпости физико-химических процессов взаимодействия водорода с металлами построение зависимости вида (47.3)- уже само по себе может составить предмет отдельной теории. Поэтому в дальнейшем ограничимся рассмотрением лишь той стадии, которая предполагается определяющей для роста трещины. Однако вопрос о природе этой стадии пока не может считаться решенным. Действительно, существуют две гипотезы о кинетике перераспределения водорода (п кпиетике роста трещины); согласно этим гипотезам перенос водорода к очагам разрушения контролируется или диффузией внутри металла, или (в случае воздействия водородосодержащих сред) поверхностными процессами адсорбции молекул среды и хемосорбцци без участия диффузии водорода внутрь металла 1361, 364, 374, 375, 381]. Имеющиеся результаты показывают, что диффузионная гипотеза представляется достаточно достоверной. На основе уточненных данных о напряженно-деформированном состоянии у вершины трещины [392] установлено соответствие расчетного

где а и R зависят от внешних сил, приложенных к пружине, поэтому задача о напряженно-деформированном состоянии цилиндрической пружины в точной постановке является нелинейной, но при малых перемещениях точек осевой линии стержня можно положить a^cto и R^RQ. Поэтому получаем

Система (5.127) — (5.131) представляет наиболее общее решение задачи о напряженно-деформированном состоянии цилиндрической пружины при малых обобщенных перемещениях (и:„ 0;) для случая, когда главные оси сечения не совпадают с естественными осями (при условии •&io=const).

Перечисленные выше два метода, несмотря на свои большие возможности, обладают одним существенным недостатком — значительной трудоемкостью расчетов, при которых физический смысл решаемых задач часто отходит на задний план. В этом смысле более перспективным, на наш взгляд, представляется метод линий скольжения (метод характеристик), который, как правило, не требует введения дополнительных упрощений (например, использования гипотезы плоских сечений, осреднения напряжений вдоль одной из координатных осей и т.п.). Главным и основным достоинством данного метода является его геометрическая наглядность, простота математического аппарата, большой объем получаемой информации о напряженно-деформированном состоянии исследуемого объекта, возможность получения полного решения при согласовании сеток линий скольжения и годографов скоростей. Кроме того, применение метода линий скольжения при решении ряда практических задач свидетельствует о его больших возможностях в плане получения достаточно точных расчетных методик, позволяющих оценить влияние наиболее значимых факторов на предельную несущую способность исследуемых объектов К сожалению метод линий скольжения ограничивается рассмотрением конструкций, расчетные схемы которых отвечают классу плоских и осесимметричных задач теории пластичности. Для данных случаев разработаны основные графоаналитические принципы построения сеток линий скольжения и решения задач о напряженном состоянии деформируемых тел.

Следует отметить, что рассмотренный подход учета эффекта неполной реализации контактного упрочнения мягких прослоек за счет вовлечения основного более твердого металла в пластическую деформацию был разработан на основе банка данных, полученных МКЭ для случая плоской деформации (VCT = 0, п = 0,5 /91/). Вследствие этого для использования данного алгоритма учета А'в (в форме (3.10)) на случай ра боты механически неоднородных соединений в составе тонкостенных оболочек давления, характеризующийся двухосным полем напряжений, изменяющимся в пределах [О, 1], необходимо было подтвердить возможность распространения установленных ранее закономерностей о напряженно-деформированном состоянии материалов вблизи границы раздела на случай произвольного соотношения напряжений п в стенке оболочек. Для этого был выполнен расчет напряженно-деформированного состояния мягкой прослойки МКЭ в условиях ее нагружения в двухосном поле наряжений.

Нагружение, при котором действующие на тело внешние факторы характеризуются внезапностью приложения и кратковременностью действия, измеряемого микросекундами, причем интенсивность их достаточно велика, для того чтобы произвести разрушение и большие необратимые изменения в теле, на которое они действуют, называется импульсивным. Импульсивное нагружение имеет место при взрыве и ударе. Возмущения распространяются с конечной скоростью, образуя области возмущений, в которых тело находится в напряженно-деформированном состоянии.

На основании проведенных комплексных исследований и обобщения литературных данных по напряженно-деформированному состоянию, предельных состояний, меха-нохимии металлов и механики разрушения получены аналитические формулы для оценки ресурса элементов по параметрам испытаний и эксплуатации в условиях:

Существенно сложнее обстоит дело, когда надо рассчитать стержень при случайных нагрузках. Случайные силы (статические или динамические), так же как и детерминистские, нагружают стержень, что приводит к случайному напряженно-деформированному состоянию, когда однозначно определить, например, напряжения нельзя. Однако ясно, что случайные напряжения, так же как и детерминистские, влияют на работоспособность стержневых элементов конструкций и это влияние необходимо уметь оценивать. В ряде случаев работоспособность конструкции может очень сильно зависеть от случайного напряженно-деформированного состояния. Например, неоднородность грунта при подъеме его со дна водоема (см. рис. 6.4) всегда будет вызывать случайные колебания трубопровода. Динамические напряжения, возникающие в трубопроводе, будут случайными (при отсутствии волнения поверхности водоема), что требует оценки долговечности трубопровода с учетом случайной составляющей напряжений.

Анализ полученных данных по напряженно-деформированному состоянию соединений в условиях двухосного нагружения показал, что и в этих условиях нагружения наблюдаются закономерности, связанные

Анализ полученных данных по напряженно-деформированному состоянию соединений в условиях двухосного нагружения показал, что и в этих условиях нагружения наблюдаются закономерности, связанные

лярный прямоугольный массив параллельных цилиндрических волокон, идеально связанных с однородным материалом матрицы. В силу симметрии достаточно рассмотреть только наименьший, обладающий всеми свойствами системы, повторяющийся сегмент (см. рис. 7.3). Этот сегмент последовательно моделируется системой ортотропных элементов в виде треугольных призм, в которых деформированное состояние материала однородно. Величины напряжений и деформаций элементов, соответствующие напряженно-деформированному состоянию композита, представляют достаточную информацию для расчета как упругих свойств однонаправленного слоя, так и подробного распределения напряжений и деформаций в волокне и матрице при любом напряженном состоянии композита [44]. Теперь рассмотрим, как такой анализ можно распространить на случай учета деформаций ползучести.

Остается определить осредненные (по композиту) приращения деформации ползучести, происходящие в течение первого интервала времени. Это делается путем вычисления системы упругих узловых сил, необходимых для удвоения приращений деформации ползучести каждого треугольного конечного элемента. Процедура включает в себя только законы а(е) компонентов композита и уравнения, связывающие узловые силы и напряжения в каждом элементе. Приложение системы узловых сил к массиву конечных элементов (с подходящими ограничениями, вытекающими из условий симметрии) и последующий упругий анализ этого массива прямо приводят к осредненным (по композиту) приращениям деформации ползучести и приращениям напряжения для первого интервала времени. Эти приращения добавляются к напряжениям и деформациям, соответствующим времени t = О, что приводит, таким образом, к напряженно-деформированному состоянию композита в момент времени t = Д?. Такое вычисление можно повторить п раз до получения напряженно-деформированного состояния в каждом конечном элементе и в композите к моменту времени t = n&t.

В (15.94) в общем случае фигурируют элементы четырех произвольных состояний тела. Для первого из них известны внешние силы х и pv, для второго — перемещения и, для третьего — напряжения о и, наконец, для четвертого — деформации к. В част-лости, все эти векторы или некоторые из них могут относиться к одному и тому же напряженно- деформированному состоянию тела.

стоимости испытаний, должно обеспечивать изучение всей необходимой информации по напряженно-деформированному состоянию конструкции в свете поставленных в работе задач. Учитывая большую трудоемкость сборки сосуда и возможность выхода из строя тензорезисторов, надо предусмотреть дублирование наиболее ответственных точек, этим также достигается получение более достоверной информации. Учитывая симметричность деталей сосудов с заранее известными направлениями главных деформаций, можно ориентировать тензорезисторы по этим направлениям, применяя в каждой исследуемой точке Т-розетку. В зависимости от общего количества и расположения тензорезисторов на внутренних поверхностях сосуда и величины максимально допустимого давления проектируются электровводы. Влияние давления на изменение сопротивления соединительных линий внутри сосуда также должно исключаться — или применяемой схемой, или введением поправки в процессе обработки результатов.

С учетом изложенных факторов разработана методика определения трещиностойкости корпусов в натурных условиях, основанная на нахождении значений Kfc, Ifc по размерам наиболее опасных трещин и напряженно-деформированному состоянию при максимальных нагрузках.

всего воды) на нагретую до рабочей температуры стенку того или иного элемента (трубопровода, сосуда и т. п.). В результате резкого охлаждения локальной зоны поверх'ности на ней возникают растягивающие напряжения. Величина механической деформации в предельном случае при полном стеснении свободного теплового расширения равна величине термической деформации. При последующем нагреве в рассматриваемой зоне будет иметь место максимальная термическая деформация сжатия. Таким образом, этот случай соответствует напряженно-деформированному состоянию жестко закрепленного по концам стержня при циклическом изменении температуры.

2. Незамутдинов Ш.Р., Шайхуллин И.Р. Программная реализация на ЭВМ методики расчета откосов и склонов по напряженно-деформированному состоянию. // Материалы 5 Международной конференции при 5 Международной специализированной выставке «Строительство, архитектура, коммунальное хозяйство-2001». - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2001. - С. 64.