автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Расчетная оценка усталостной долговечности стальных конструкций морских стационарных платформ



кий. государственный технический университет

На права* рукописи

ГУБАЙДУЛИН МАРАТ РАФКАТОВИЧ

РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ МОРСКИХ СТАЦИОНАРНЫХ ПЛАТФОРМ

Специальность 05.23.Ql~ . "Строительное конструкции „здания и сооружения"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Челябинск 1993

Работа выполнена на кафедре "Оборудование и технологи/ сварочного производства' Челябинского государственного технического университета. t' ,

Научный руководитель - доктор технических наук*" профессор

H.A. Клыков.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

. А. 3. Клячин; доктор технических наук, профессор Л.А. Шефер.

Ведущая организация - Челябинский завод металлоконструкций ии. С. Орджоникидзе.

Защита состоится 29 июня 1993 г., в 11;часов, на заседании специализированного совета К 053.13.05 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Челябинском государственном техническом университете по адресу: 454080, Челябинск, пр. им. Б.И. Ленина 76, конференц - зал. ,

С диссертацией можно ознакомите* в библиотеке университета

Автореферат разослан мая 1993 г.

' Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных • гербовой печатью, просим выедать в секретариат ученого совета университета по указанному зыше адресу.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук доцент

Трегулов Г.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основным направлением в увеличений добычи нефти и газа является освоение континентального шельфа. Промышленное освоение минеральных ресурсов континентального шельфа связано с созданием и длительной эксплуатацией морских стационарных платформ (МСП). Опорный блок МСП представляет собой пространственную решетчатую конструкцию, изготовленную из. труб. Особенностью их работы является то, что они находятся в коррозионной среде (морская вода) и подвержены действию не только статических, но и переменных (волна, ветер, течение, работа оборудования и т.п.) нагрузок.

При эксплуатации МСП наблюдаются отказы в основных элементах и сварных соединениях конструкций, приводящие к большим экономическим убыткам, тяжелым экологическим последствиям, а также и человеческим жертвам. Из общего числа аварий МСП 12% случаев приходятся на разрушения, вызванные усталостными про-" цессами. Возникновение и развитие усталостных трещин в' элементах МСП связано с несовершенством конструкций и методов их расчета. .

Для правильной оценки усталостной' долговечности с точки зрения .современных подходов, необходимо знать расчетные характеристики металла, нагрузки действующие. на конструкцию и располагать соответствующим методом расчета показателей несущей способности- Известно, что технологические, воздействия на металл при изготовлении конструкций существенно отражаются на его свойствах, а следовательно,- Л на его расчетных характеристиках. Однако положение-' таково, что проектировщики при оценке несущей способности используют расчетные характеристики, полученные для металла в исходном состоянии, что оказывает влияние на расхождение расчетных и действительных показателей несущей способности. В то же время факторы, обусловленные технологией изготовления сварных конструкций (дефекты сварки, геометрические параметры швов, остаточные напряжения и др.) оказывают большое влияние-на их несущую способность. Наконец в расчетных методах важно правильно отразить эксплуатационные факторы, такие как коррозия, характер нагруженности, её нестационарность и др. При 'оценке 'усталостной долговечности конструкций МСП по существующим методам, изложенным в огечеог-

веяных и зарубежных нормах, вышеперечисленные факторы учитываются неполностью. В связи с этим решение проблемы, связанной с учетом эксплуатационных и конструктивно -.технологических факторов при расчетной оценке усталостной долговечности элементов ЦСП, является актуальной задачей.

Диссертация выполнена в соответствии с целевой комплексной научно-технической программой Госстроя СССР' О. Ц. 007 "Создание и внедрение технологических процессов и технических средств для поиска, разведки и промышленного освоения нефтяных и газовых месторождений континентального шельфа СССР".

Ц е л ь ю; работы являются исследование действительной нагруженности и совершенствование метода расчетной оценки усталостной .долговечности с дифференцированным учетом конструктивно - технологических и эксплуатационных факторов.

Научная новизна - работы состоит: в описании реальной реакции сооружения на волновые и эксплуатационные воздействия; в определении параметров переменного воздействия от работы технологического оборудования платформы, навала судна, 'посадки вертолета и т.п."; в определении факторов, влияющих на. • коррозионно-^усталостные характеристики материала (асимметрия цикла, частота нагружеиия, масштабный фактор и т.д.) и получении математического описания их влияния на кривую коррозионной усталости материала; в совершенствовании "метода расчета уствдос*«ой долговечности конструкций ЫСП с дифференциальной оценкой конструктивно-технологических факторов при ' нерегулярном режиме насружения в условиях „агрессивной среды. •■•

П р а к т и ч е с .к а я. ценность работы состоит в предложенном ■ алгоритме расчетной оценки усталостной долговечности ЫСП, на основе, которого можйо прогнозировать влияние различных факторов (условий нагружения, остаточных напряжений, . изменения свойств металла от технологических-операций, коррог зионной среды и др.) Разработанный алгоритм" позволяет создать конструкцию узлов оптимальной формы, а также проводить .регламентацию формы и дефектов сварных соединений и элементов МСП.

Р.е а л и э а ц и я и вне д р.е ние результатов.'

• 1. ВСН 39-3.3 .1292.4-91. Ведомственные строительны« конструкции стальных морских Стационарных платформ. Правил» ."производства .и приемки работ '/ Р.Г.Губайдулик, М.Р.ГубаЙду-

ЛИН, А.К.Тиньгаев и др. //. Мингазпром СССР. -. М,: ВНИ-ИОЭНГ,1991.

2. РД 39—2.23.1292.3-91. .Блоки стальные опорные морских стационарных платформ. Рекомендации по повышению сопротивления усталости сварных соединений конструкций МСП / Р.Г.Губайду-лин, М.Р.Губайдулин, А.К.Тиньгаев и др. // Мингазпром СССР. -Ы.: ВНИИОЭЙГ, 1991.

3. Мэтодика комплексной расчетной оценки несущей способности опорного блока МСП при статических и переменных во времени нагрузках. Внедрена в ЦНИИПроектстальконструкция им.

Мельникова при разработке технических условий. Правила произ-

» «

водства и приемки работ. Металлические конструкции морских стационарных платформ с унифицированными узлами.

4. Методика расчетной оценки усталостной долговечности конструкций МСП. Внедрена в ЦНИИПроектстальконструкция им. Мельникова при разработке технических условий на проектирование опорных частей платформ с использованием типовых конструкций. < . .

5. Рекомендации по назначению допустимой величины дефектов сварных соединений МСП. Внедрена в ЦНИИПроектстальконструкция им. Мельникова при разработке типовых металлических конструкций опорных частей платформ для глубин моря до 300 м на базе унифицированных узлов.

6. Рекомендации по повышению сопротивления усталостному разрушению конструктивных узлов ледостойках стационарных платформ (ЛСП). Внедрены в ЦНИИПроектстальконструкция им. Мельникова ' при разработке технологии изготовления ЛСП.для месторождения "Чайво-1" на северо - восточно« шельфе о. Сахалин.

7. Рекомендации по повышению сопротивления усталостному разрушению сварных соединений и. узлов конструкций ЛСП'. Внедрены в НИГОШорнефгегаз при разработке технологии-изготовления металлических конструкций-ЛСП для Пельтун - Астохского. место-, рождения на северо -восточном шельфе в. Сахалин.

8. Рекомендации по назначению допусков на смещение кромок в кольцевых сварных стыковых соединениях МСП. Внедрены в ППСО "Шельфпроектетрой" на Бакинском заводе глубоководных оснований при разработке технических условий на отбраковку.обечаек перед их сваркой. " •

9. Результаты исследований использовались в, ЦНИИПроен-

тстальконструкция им. Мельникова при разработке технологии изготовления металлических конструкций ЛСП для "Луйь^кого" месторождения на северо - восточном шельфе о. Сахалин.

10. Губайдулик Р.Г., Губайдулин М.Р., Пшеничникова Е.В. Оценка усталостной долговечности сварных соединений стальных конструкций: Учебное пособие. - Челябинск: ЧГТУ, 1992. - 54 с. На защиту выносятся:

- метод определения'действительной нагруженносги МСП и ее описание в виде блока;

- результат^ исследований по определению влияния технологических воздействий на сопротивление коррозионной усталости основного металла и сварных соединений;

- методика дифференцированного учета конструктивно - технологических и эксплуатационных факторов при расчете коррози-онно-усталостной долговечности конструкций МСП.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы представлялись: ■

на Всесоюзной научно-технической конференции "Испытания строительных металлических конструкций в условиях действующих предприятий", Магнитогорск. 1991 г.;

на пятой Украинской научно-технической конференции по металлическим конструкциям "Усиление и реконртрукция производственных зданий я.сооружений, построенных в металле", Киев, 1992 г.; ' -

на региональной научно-практической конференции, Волгоград, 1989 г..; " ..'"■.■ На ноифер&ощая по морским сооружениям континентального шельфа. Севастополь, 1989 г.;

на шестой научно-технической конференции "Проблемы создания новой техники для освоения шельфа", Горький, 1989'г.;

на научно-технической конференции, Магнитогорск, 1987 г.; на научно-исследовательской семичбре В/О "Союзметаллострой НИИпроект" ЦШИПрректетальконетрукция "Из&ледование и проекти-рованк-е металлических конструкций" . Моск§&, 1991 г.;

на ежегодных . (1987-1992 гг.) научно-технических конференциях ирофессоррко-преводевательского дд^Гтава Челябинского государственного технического университета ,

Публикации.-. По теме диссертации опубликованы 16 работ и едоо учебное пособие. >

Объем диссертации. Диссертационная работа содержит : 114 страниц текста, 77 иллюстраций, 23 таблицы, 86 наименований литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во- введении обоснована актуальность рассматриваемой темы, освещены основные положения, выносимые на защиту.

'В первой главе рассматриваются причины вызывающие аварии МОП. Отмечается, что усталостные разрушения обусловлены несовершенством конструкций и методов их расчета. Для обеспечения заданной долговечности ЫСП необходимо изучение проблем нагруженности конструкций и усталостных характеристик материала с учетом конструктивно - технологических и эксплуатационных факторов.

Изучении- отдельных факторов, влияющих на коррозионно -усталостнуг) прочность посвящены работы Г.В. Карпенко, В.И.' Похмурского, A.B. Рябченкова, JI.A: Супруна, '.Л.А: Гликмана, Мак-Адама и других- ученных. Однако положение таково, что в. настоящее время в расчете учитываются лишь некоторые факторы без их взаимной связи. Для марок сталей, .- применяемых в конструкциях "МСП,' не- определены закономерности проявления масштабного.фактора, учета влияния локальной концентрации в .основном металле и сварных соединениях, влияния пластического деформирования, асимметрия цикла нагруженйя, влияния вида напряженного состояний, защитных покрытий и поверхностных обработок; А существующие исследования малочисленны и не охватывают всех факторов. Г

Исходя из вышеизложенного необходимо исследовать влияние технологии изготовления и условий эксплуатации на несущую способность основного металла и сварных соединений.

При расчете МСП рассматривают два основных типа расчетных условий при статическом расчете - экстремальные, при усталостном - нормальные (эксплуатационные). Основной нагрузкой, действующей на МСП, является волновая, которая может быть описана в виде одиночных волн или в виде спектра. От степени податливости сооружения различают статический и динамический расчеты на волновые воздействия.

В инженерной практике проектирования и.расчетов МСП до сих.

- - 6 -

пор преобладает статический расчет на экстремальные волновые нагрузки от 'отдельных регулярных волн' без учета динамических характеристик сооружения, хотя в работах Ю.Ы. Крылова, Д.Д. Лаппо, • И.Ш. Халфина, 'Б.X. Гдуховского, И.И. Давидана и других исследователей разработаны подходы к спектральному описанию волновой нагрузки- В связи с этим далеки от совершенства инженерные методы расчета ЫСП на нормальные воздействия, для оценки усталостной долговечности элементов конструкции с учетом динамической составляющей нагрузки, при спектральном.нагруже-нии и вероятностном подходе к расчету волновых нагрузок.

В настоящее время в расчетах не учитываются и нет методов определения эксплуатационных нагрузок на МСП от работы оборудования, навалу, судна и т.п. Необходимо определить действительное напряженное состояние элементов МСП от волновой и эксплуатационной нагрузок.

Существующие методы расчета усталостной долговечности МСП не учитывают характер нагруженности конструкции и не позволяют дифференцированно учитывать влияние конструктивно - технологических и эксплуатационных факторов. Наиболее приемлемым методом для расчета ,усталостной. долговечности при нерегулярном нагружен?«, является метод.В.П. Когаева, в соответствии с которым .-•■; ' ' - • а" "' г......... - \........

а - • •" , ,;, р

И1 »2 ' Г °а1 "15 ' к **! "и

Е,-г—— + ' Е

V»

аВК1 * Н61 - Г аЦК.1 2 нв1 ' •

. ' • (аа1Ь|ГНК)1- • ^Ы^ж* • '

где X. - расчетное число блоков нагружения, ар .- сумма относительных усталостных повреждений, «г^ И Нц - координаты точки перелома кривой усталости с учетом конструктивно - технологических и эксплуатационных факторов, «т^ и - амплитуда нап-т' ряжений и число циклов в блоке напряжений, и ш2 - коэффициенты описывающие наклон левой и'правой ветвей кривой усталости '(определяются по значениям ограниченных пределов выносливости, лежащих на левой и правой ветвях кривой усталости и в точке перелома).

Данный метод позволяет. учитывать накопление усталостных повреждений. Методика Н.а: Клыкова.позволяет учесть влияние, сложного'нацряженного • состояниями асимметрии цикла на характе-

- 9 -

- для знакопеременного цикла: . „ 1 _

-——'-~- .

К + "а {ч1н + К<го V / (1 -

- для знакопостоянного цикла растяжения: '

„ 1__■Г*и'г-1к ,.

Ч -—--:---;

* + Чк Ма + 2 ч3к «<го м»ах> 7 (1 - V}

- для знакопостоянного цикла сжатия:

^ 1 - -ГС"-!* -

. Х - <*2к "а + 2 V »«го Миа*> ' (1 Т. Ксго>> ' где сгд - предел выносливости конструкции с учетом реального

напряженного состояния, условий нагружения и свойств материала, <т_1к — предел выносливости при симметричном цикле нагруве-ния с учетом влияния конструктивно - технологических и эксплуатационных факторов,, коэффициенты а, К, "щах' Ма* ч1к' ч2к'''"зк* ч4к Учитывавтвлияние сложного напряженного состояния , асимметрии цикла нагружения, свойств, материала.

Для расчета по этим зависимостям необходимо знать: ампли- • туду <га1 и количество циклов для каждой ступени блока напряжений от волновой и эксплуатационных нагрузок,' значения ограниченных пределов выносливости, лежащих на левой, правой ветвях кривой усталости и в точке перелома, с учетом реальных условий нагружения и свойств материала, для чего необходимо разработать методику дифференцированного 'учета влияния конструктивно - технологических и эксплуатационных факторов на коррозиопно '-' усталостные характеристики металла и сварных соединений при симметричном цикле нагружения, а также учесть-влияние асимметрии -цикла нагружения о учетом изменения свойств ме.талла в коррозионной среде..

На основании .вышеизложенного были.сформулирована следующие

задачи исследования: . - „ . . .. _ 1---

-определить действительное напряженное состояние элементов МСП; ■ -разработать методику расчетного построения блока нагру-женности; . \ •

-исследовать влияние технологии изготовления и условий ■ эксплуатации на несущую способность основного металла и сварных соединений; . •• • • •'•' *' . • • •■ •

-разработать основы, методики дифференцированного учета -. конструктивно - технологических' и эксплуатационных факторов

-.10 -

при расчете коррозионно-усталостной долговечности.

.Во второй'главе приводится- цетодика расчетного построения блока нагруженности МСП. Для его построения необходимо иметь метод определения величин внешних нагру-' зок и реакцию сооружения на эти воздействия.

Волновая спектральная нагрузка приводится к системе динамических сил с учетом: переменной и квазистатической составляющей волновой нагрузки, различной доли нагрузки, вносимой волнами разных частот, через обобщенную нагрузку от волн единичной высоты, частот и форм собственных колебаний сооружения, коэффициента динамичности при спектральном нагружении. В конечном виде выражение для определения динамических нагрузок от спектрального волнения заданного направления имеет вид:

2 КД "

Р4д

к Е

3=1

ВО р

ш с ( Е <}1к х1к г 1-1- к-1 ,

где - динамическая составляющая нагрузки на д-м уровне; М^ - масса сосредоточенная на ¿-м уровне; х^. - координата перемещения о~й массы по 1-й форме собственных колебаний конструк-

СП

ции; Кд - коэффициент динамичности При спектральном волновом воздействии; к - количество уровней,' в которых сосредоточены массы; Ды - шаг суммирования по частоте; - спектр Крылова; т - количество частот расчетных волн; (¡^ - обощенная нагрузка от волн единичкой высоты в' рассматриваемом спектре"частот волн; х^ - кординага фарш собственных колебаний на к-м'уровне по з.-й форме.

Для описания реакции .сооружения на волновое воздействие предлагается проведение экспериментальных исследований.

Величины эксплуатационных нагрузок С работа оборудования, посадка вертолета и т.. д.) определяются по нормативным документам или экспериментально, 'но так как в настоящее время не рассматривается реакция сооружения на эти воздействия, необходимо проведение экспериментальных исследований действительной нагруженности. конструкций МСП от. волновой- и эксплуатационных нагрузок.

Корректируется методика определения предельных ' амплитуд напряжений с учетом влияния коррозионной среды. Приводятся зависимости, описывающие влияние асимметрии цикла нагружения на

ограниченный предел выносливости с учетом изменения ^свойств' материала во времени под действием коррозионной среды (рис.1), и зависимости для .расчета допустимых амплитуд напряжений при отнулевом цикле растяжения и сжатия: _

°оак " »-1к " (<г-1к)2 ' <*сг + ^к3 5 0 5 *т :

аоа сжк ° -(*-1к)2У (»сг " <г-1к) * " 045 *т ' где 0"оак - предел выносливости при отнулевом цикле растяжения;

<г_1к - предел выносливостй при симметричном нагружении; асг -

предел трещиностойкости стали с учетом коррозионного износа во

времени; <г - предел текучести; <г„ „„„ - предел выносливости

т О В СЖК

при отнулевом цикле сжатия.

Предлагается методика описывающая влияние факторов на' параметры кривой усталости через изменение ограниченных пределов

А 7 8

выносливости на базах 10 , 2x10 , 10 циклов ( рис. 2). Описывается методика, связывающая параметры кривой усталости для стандартных образцов В воздушной среде и морской воде.

Обосновывается необходимость проведения коррозионно -усталостных испытаний основного металла и сварных соединений конструкций МОП для определения численных значений ксэффициен-• тов и функций, описывающих совместное влияние конструктивно -технологических и эксплуатационных факторов.

Третья глава посвящена экспериментальному определении действительной нагрушеннсети конструкции МСП. Для проведения экспериментов была разработана и апробирована оригинальная технология наклейки, коммутации и герметизации датчиков. позволяющая вести раздельную запись напряжений от нормальной силы, крутящего и изгибающих моментов'в трубчатых элементах. ..'.'".'

В течение года проводилась регистрация напряяенного состояния узла (основной трубы и четырех патрубков) действующей МСП, установленной На шельфе ■ Кйс'пийскрго моря. Синхронно с* записью .изменения напряженного состояния элементов МСП. отмеча-' лись высота и направление волн, скорость и направление ветра.

После расшифровки записей получены распределения амплитуд 'и периодов напряжений: от работы оборудования платформы, от бурения, от' подъема и спуска буровой колонны, от посадки и взлета вертолета, от навала судна, от волн различных высот и направлений. . ■ • *

На основе наблюдений определено время воздействия эксплуа- '

Рис. 1. Модифицированная диаграмма Смита'Для определения влияния асимметрии цикла нагружения при воздействии коррозионной среды.

1 - кривая усталости'в воздушной среде;

2 - кривая усталости в коррозионной среде.

тационных нагрузок в течение года для периодов освоения и эксплуатации платформы. За время наблюдений установлена также реакция сооружения на различные виды нагрузок.

Установлено, что период колебаний платформы не совпадает с периодом волновой нагрузки и соответствует собственной частоте колебания конструкции, в результате наблюдается так называемое "биение", то есть изменение амплитуды колебаний платформы, которое может быть описано зависимостью

' а + г о^.^ я!п ((о - ?) к /'2) ,• где <г_-„ - амплитуда напряжений от волновой нагрузки; и -

Шал

частота собственных колебаний конструкции; ч> - средняя частота волновой нагрузки.' .-■••■" , , ..'-.•

Затухание амплитуд напряжений от ударной нагрузки при навале судна, описывается следующей зависимостью

_ „ ■ . _ -«п <г — <т. _„„ ехр , . . -

а п а шах

где с - „ - значение амплитуды нагрузки в п-м цикле колебаний; ал

<т\ - максимальное значение нагрузки; £ -'•' логарифмический' а шах

декремент колебаний; п г номер-цикла.

' Гармоническая нагрузка от работы -оборудования, бурения, 'взлета и посадки вертолета, описывается следующей зависимостью

р - к риах зш (вч,- с) , . .

где К мс^ет быть опеделено по формуле ' ,

к -м / 4(1 - в2 / ы2) + (а'/ л)2 е2 / иг ,

где © -частота вращения неуравновешенной массы; о - частота собственных Колебаний конструкциив -логарифмический декремент колебаний; е - сдвиг фазы вынужденных колёСаний конструк-■ции по отношению к колебаниям вынужДахздей силы.

• Получены-описание волнового режима на месторождении им. 28 Апреля в Каспийском море и экспериментальный блок главных напряжений в элементах узла МСП.

В результате исследований определены необходимые данные о реакции сооружения на волновые и эксплуатационные нагрузки для описания действительного напряженного состояния элементов и определения их нагруженности в виде блока амплитуд напряжений и циклов нагрузки.

Четвертая глава- посвящена экспериментальному исследованию характеристик сопротивления' коррозионной усталости ос;новногр металла. и :сварных соединений элементов МСП. Испытания проводили как на стандартных цилиндрических об-

резцах ,. так и на полномасштабных образцах, вырезанных из реальных элементов и сварных соединений конструкций МСП, после прохождения металлом отдельных технологических операций.

Исследовано влияние на параметры коррозионно - усталостных кривых основного металла и сварных соединений: пластического деформирования, концентрации напряжений, масштабного фактора, остаточных напряжений, дефектов сварки. Изучено влияние защитных покрытий (эпоксидного покрытия и элиминирования)

Экспериментально замерен уровень остаточных напряжений в сварных соединениях и металле конструкции ИСП. Уровень остаточных напряжений в сварных соединениях узлов, прошедших высокий отпуск, составляет 160 МПа, в остальных - предел текучести. "

Проведена экспериментальная проверка методики вычисления коэффициента ар, предложенная В.П. Ногаевым для нерегулярного нагружегия; получена хорошая сходимость результатов.

В результате обработки экспериментальных данных определены завис?'юсти описывающие влияние каждого из факторов на ограниченны* предела выносливости йа базах 106, 2х107, 108 циклов.

. Цетодом планирования эксперимента обработана 21 кривая устхлостк и получены зависимости, учитывающие совместное влияние "масштабного фактора'(параметр XI), концентрации напряжений ■(параметр Х2), частоты нагружения .(параметр ХЗ), величины пластического деформирования (параметр Х4), наличия сварного соединения (параметр-Х5) на ограниченные пределы выносливости

£ 7 ■ Я .

на базах 10 , 2x10 ,. 10° циклов.-, '••

XI - (а - 10Г/20- 1 , в «10,.,50 мм. где а - толщина-элемента. .... ■ ■ . - •

Х2. - («у- 1) / 1.75 - 1 ; ; а^ - 1/. ,4.5, где' ад - теоретический, коэффициент концентрации напряжений.

ХЗ - Ц V / 1.59 - 1 , V - 1...1500 цикл/мин, ^ где V - частота приложения нагрузки.

Х4 - е / 3.5 - 1. , с --0...3.5 X, где е. - удлинение крайнего волокна.

■ Х5 - 1 при наличии сварного соединения, для основного металла Х5 » -1.

Совместное влияние факторов;,

Дчя базы 106 циклов: !•.*..'

-• У.1 0.29 > 0,22-XI -.0.41 ¿2 + 0.14 ХЗ - 0.04 X4 -

- 15 -

- 0.05 Х5 + 0.06 XI2 - 0.26 Х1Х2; " . '-1К - У1

7

Для базы 2x10 циклов:

У2 - 0.37 - 0.3 XI - 0.48 Х2 +■ 0.19 ХЗ - 6Л2 Х4 + 1- 0.1 Х5 - 0.04 XI2 - 0.27 XI Х2.

»-IX " У2 *-1к° •

я

Для базы 10 циклов:

УЗ - 0.65 - 0.4 XI - 0.5 Х2 + 0.14 ХЗ + 0.08 Х4 + + 0.08 Х5 - 0.25 XI2 - 0.16 XI Х2;

'-1К - У3 '-1К° •

На основе проведенных исследований получены необходимые данные о влияний конструктивно - технологических и эксплуатационных факторов на характеристики кривой усталости и определены зависимости позволяющие йести их дифференцированный учет.

В пя.той главе приведен алгоритм расчета усталостной долговечности конструкций МСП с учетом действительной нагруженности и дифференцированным учетом конструктивно - технологических и эксплуатационных факторов.

В шестой' главе приведен пример расчета усталостной долговечности узла МСП.

внвойы

1. В существующих методах оценки усталостной долговечности конструкций МСП недостаточно полно учитываются факторы действительной нагруженности расчетных сечений, обусловленных технологией изготовления сварных конструкций и' коррозионным, воздействием морской воды."

2. Изучено влияние на- усталостные характеристики элементов МСП конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов. Установлено, что масштабный фактор незначительно изменяет

7 *

предел выносливости на базе 2x10 циклов (от 70 до 90.ЫПа).

.3. Остаточные напряжения; вызванные сваркой и другими технологическими операциями, достигают в элементах предела текучести даже после высокого отпуска при температуре 650 С, уровень остаточных напряжений составляет 100...160 МПа. Наличие остаточных напряжений в сварном соединении снижает ограниченный 'Предел выносливости на базе 2x1О7 циклов с 80 до &0 МПа.

4. Геометрическая неоднородность сварного соединения может •

создавать концентрацию напряжений от 1 до 5-, что приводи* к

7

снижению предела выносливости на базе 2x10 циклов от-' до 35 1Ша. ' ■ •

5. Пластическое деформирование при гибке и правке, дающее' удлинение крайнего волокна до 3.5 %, практически не ' сказыва-

7

ется на ограниченном пределе выносливости на базе 2x10 циклов . 4 - '

6. При изменении частоты нагружения от'1500 до 1 цикла в минуту ограниченный предел выносливости.на.базе 2x1О7 циклов снижается с 80 до 48 МПа..

7. Влияние морской воды снижает ограниченный предел вы-

7

носливости на базе 2x10 циклов в 2...5 раз.

8. Разработан метод расчетного построения блока нагружен-ности МСП с учетом:

- спектрального приложения волновой нагрузки;

- передаточной функции обобщенной нагрузки от волн единичной высоты;

- частот и форм собственных колебаний;

- коэффициента динамичности для спектрального нагружения.

9. Экспериментально изучена реальная нагруженность одного из узлов МСП-от волновой и эксплуатационной нагрузок (работа -технологического оборудования, навал судна, , взлет и посадка вертолета и т.п.). Установлено, что переменные напряжения достигают 70 МПа и соответствуют расчетным напряжениям, полученным в данной работе. Определено время их воздействия. Неучет эксплуатационной нагрузки,' имеющей небольшую амплитуду напряжений, но высокую частоту и длительное время воздействия,

"может / - приводить к снижению долговечности до 30 '36. Получены расчетные зависимости описывающие реакцию сооружения на эксплуатационные нагрузки. ■ .

10. На основе обобщения современных достижений в области усталостной прочности и результатов. исследований," ■ полученных нами, разработана методика-;' позволяющая, дифференцированно учитывать влияние условий нагружения, конструктивно - технологических и эксплуатационных факторов на коррозионно - усталостную долговечность ИСП. . * '

11. Разработан алгоритм, позволяющий оценить коррозионно: -усталостную долговечность элементов МСП с дифференцированным-учетом конструктивно - технологических и эксплуатационных фак-

торов.

Основные научные и практические результаты диссертации опубликованы в работах:

-ВСЯ 39-3..3.1292.4-91. Ведомственные строительные конструкции стальных морских стационарных платформ. Правила производства и приемки работ / Р.Г.Губайдулин, М.Р.Губайдулин, А.К.'Тиньгаев и др. // Мингазпром' СССР. - М. : ВНИИОЭНГ,1991. -

РД 39-2.23.1292.3-91. Блоки стальные опорные морских стационарных платформ. Рекомендации по повышению сопротивления усталости сварных соединений конструкций МСП / Р.Г.Губайдулин, М.Р.Губайдулин, А.К.Тиньгаев и др. '// Мингазпром СССР. - М.: ВНИИОЭНГ, 1991.

-Губайдулин Р.Г., Губайдулин U.P., Пшеничникова Е.В. Оценка усталостной долговечности сварных соединений стальных • конструкций. - Челябинск: ЧГТУ, 1992. - 54-е..

-Влияние технологических и конструктивных факторов на' несущую способность сварных соединений морских стационарных платформ / Р.Г. Губайдулин,. М.Р.'. Губайдулин, А.К. Тиньгаев, Е.В. Пшеничникова // Технология судостроения. - 1990. -.N9. -• С. 79-84. ' - ' : .- . . ' '

-Технология и технике - экономические показатели "различных конструктивных решений ледоотойких стационарных платформ / .Р.Т. Губайдулин, «.Р. . Губайдулин, А.К. .Тиньгаев, Е.В. Пшеничникова // Технология судостроения. - 1990'. - N9. - С. 53-56.

- Оценка влияния смещения нромбк в кольцевых стыковых соединениях на прочность конструкций морских стационарных платформ / Н.А.Клыков, Р.Г.Губайдулин, М.Р.Губайдулин и др. // Судостроение. - 1991. - N 8. - С. 32-36. . .

- Губайдулин Р.Г.,ГубайдулинU.P. Оценка усталостной долговечности элементов и сварных соединений конструкций морских . стационарных платформ // Сб. научн. трудов СИЦ - Морнефтегаз.

- Рига: СИЦ, 1991. - С. 23-25. '

- Губайдулин Р.Г., Губайдулин И.Р. Оценка усталостной долговечности конструкций морских стационарных платформ // Межкафедральный сборник научных трудов. - Киев: КИСИ, : 1992. - С. 3-16. ,

-Губайдулин Н.Р;, Исраилов A.A. Влияние нестационарного нагружения. на долговечность морских стационарных, платформ //

- 1С -

Металлические и пластмассовые конструкции: Сб. науч. трудов. -Челябинск: ЧПИ, 1990. - С. 42-48,

- Губайдулин Р.Г., Губайдулин М.Р. Определение расчетной нагруженности морских стационарных платформ // Вопросы сварочного производства: Сб. науч. трудов. - Челябинск: ЧГТУ, 1992. - С. 22-26.

- Губайдулин Ы.Р., Губайдулин Р.Г. Оценка усталостной долговечности сварных соединений морских стационарных платформ с учетом влияния технологических операций в условиях коррозионной среды // Всесоюзная научно-техническая конференция "Испытания строительных металлических конструкций . в условиях действующих предприятий": Тез. докл. - Магнитогорск: МГМИ, 1991. - С. 23-25.

- Губайдулин Р.Г., Губайдулин Ы, Р. Определение долговечности сварных соединений конструкций морских стационарных платформ // Пятая украинская научно-техническая конференция по металлическим конструкциям "Усиление и реконструкция производственных зданий и сооружений, построенных в металле": Тез. докл. - Киев: КИСИ, 1992. -"С.41-43.

- Губайдулин Р.Г., Губайдулин П.Р.,, Тиньгаев А.К. Влияние технологических операций на сопротивление усталостному разрушению сталей. 09Г2СШ и 12ХГДАФ // Региональная научно-практи-

: ческая .конференция: . Тез. докл, - Волгоград: *ВПИ, 1983. -С. 157-158. . •-.'•'.

- Влияние технологических и конструктивных факторов на

• несущую способность сварных соединений морских стационарных платформ / Н..А. Клыков, Р.Г. Губайдулин, М.Р. Губайдулин и др.. . // Конференция;по морским сооружениям континентального шельфа: Тез. докл. - Севастополь, 1989. - С. 72-74.

- Губайдулин М.Р. Влияние технологических и конструктивных . факторов на несущую способность морских стационарных платформ

// Шестая научно-техническая конференция "Проблемы создания новой техники для.освоения шельфа": Тез. докл.. - Горький: ГПИ, • 1989 . - С . 83-85.

- Губайдулин М.Р., Тиньгаев А.К. Влияние технологических операций яа сопротивление усталостному разрушению сталей 09Г2СШ и 12ХГДА4> // Научно-техническая конференция: Тез. докл. - Магнитогорск: МГМИ, 1987..- С. 28-29.