автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка методик оценки несущей способности механически неоднородных сварных соединений тонкостенных оболочек давления

чшншскйз государственны!! технический университет

На правах рукописи

РАСПОПОВ Андрей Александрович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ШШИ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ МЕХАНИЧЕСКИ НЕОДНОРОДНЫХ ШШЫХ СОЕДИНЕН® ТОНКОСТЕННЫХ ОБОДОЧЕК ДАВЛЕНИЯ

Специальности 05.03.06 - "Технология я машины • сварочного производства"; 01.02.06 "Динамика и прочность мания, приборов и аппаратуры"

4 а I о р в |е р а т диссертации на соискание ученой стэпена кандидата технических наук

Челябинск 1952

Работа выполнена в Челябинском государственном техническом университете.

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техянки

РСФСР, доктор технических наук, •профессор БШИ О.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

НАПНСНИКОВ В»ВС ; кандидат технических наук САПОЖНИКОВ С.Б.

Ведущее предприятие - Конструкторское йоро машностросния.

Защита диссертацил состоится " 1592 г.

на заседании специализированного совета К 053.13.07 Челябинского государственного технического университета по адресу: 454080, гЛелябняск, пр. им. В.И.Ледина, 76, ЧГГУ, Ученый, совет.

.С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ЧГТУ. .

Ваш отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенных печатью, щзосш высылать до указанному вше адресу..

Автореферат разослан 0£Г. -1992г.

Учена! секретарь совета, кандидат технических яа-ук, доцент.

ШАЛАШВ В.Г.

'..•¿СГ:,'

ощя харашрис1ш работы

Актуальность. Вопроси надежности работы, достоверной оценка прочности, совершенствования технологии изготовления и ремонта тонкостенных оболочковых конструкций являются важнейшими на всех. стадиях их создания и эксплуатации. Мировая практика свидетельствует о том, что одним из наиболее слабых звеньев оболочек давленая являются их сварные соединения, уровень прочности которых лимитирует несущую способность всей конструкции.

Существующие методы оценки прочности сварных соединений оболочек давления являются консервативными и в ряда случаев могут привести к ошибочным результатам, так как на учитывают, как правило, наличие механической неоднородности, данных соединений, влияния местоположения повреждений относительно неоднородных участков. Кроме того, большинство расчетных алгоритмов построено на основе одноосного нагруяения, хотя для оболочек давления характерным явля- . атся плоское поле напряжений» Геометрическая форма корпуса конст- . рукции я комбинация реальных нагрузок определяют соотношение компонент поля напряжений в ее стенке - показатель двухосясста напряженного состояния, который оказывается на особенностях деформирования а исчерпания несущей способности оболочек, однако, его величина зачастую на учитывается в расчетах, - -

Анализ современных методик расчета сварных соединений оболочковых конструкций свидетельствует, что их арсенал недостаточен с . точка зрения единого, комплексно учитывающего вышеописанные особенности, подхода. Поэтому развитие достоверных и доступных для инаэ-» верной'практики методов расчета, которые бы основывались на реальных условия нагруяения сварных соединений И'параметрах оболочковых конструкций, является актуальной задачей. -

Настоящая работа является составной частью исследований, вы- . полляемых кафедрой сварка Челябинского государственного технического университета по научно-технической проблеме 6772.01, •* ' тлк~е соответствует задачам правительственного Постановления & 324 J~.1I Т°£С! г

^ель работч состояла в разработке методик расчетной оценка аоозсе'Л способности сварных соединений тонкостенных оболочек дзвла-ния на основе изучения закономерностей их напрязсенно-дефэршшовая-нсгэ состояния с учетом фактора механической неоднородности я де-» -1ектоз. ¿ля достижения указанной цели необходимо было решить сле-дупгиа задачи:

1. Вшолнить теоретический анализ напряяенного состояния и несущей способности механически неоднородных сварных соединений в составе оболочек'давления.

2. Разработать основы рационального проектирования я изготовления сварных соединений тонкостенных оболочковых конструкций.

3. Исследовать напряженное состояние и прочность сварных соединений оболочек давления с учетом размеров и местоположения трещиноподобных де^ктов (применительно к условиям вязкого и квазихрупкого разрушений).

4. Разработать методические основы нормирования дефектов сварных соединений тонкостенных оболочек.

5. Выполнить, экспериментальною проверку основных результатов данных исследований.

Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке единого теоретического подхода и установлении на его основе для механически неоднородных сварных соединений тонкостенных оболочек давления количественных закономерностей, определяющих взаимосвязь их несущей способности с конструктивно-геометрическими параметрами соединений, степенью их механической неоднородности, показателем двухосности действующего поля напряжений, а также размерами и расположением трещиноподобных дефектов {применительно к условиям вязкого и квазихрупкого разрушений). Разработаны основы оптимального ■ выбора конструктивных и геометрии псих параметров сварных соединен яйё'тонкостенных оболочек давления с точки зрения повышения их несущей ^особносги. Предложены научно обоснованные методики нормирования трещиноподобных дефектов-сварных соединений оболочек давления., .

Практическая ценность и внедрение результатов работы. Разра-. ботанные расчетные алгоритмы оценки несущей способности механически неоднородных сварных соединений тонкостенных оболочковых конструкции с учетом реальных свойств материала соединений, их геометрических параметров, действительной напряженности в состзве конструкции, размеров и местоположения трещиноподобных повреждений позволяют рационально подойти к проектировании и изготовления соединений, достоверно оценивать их техническое соотояниз в процессе эксплуатации и грамотно выполнять ремонтные работы. Получены г,топики нормирования дефектов, нрженение которых дает возможность в некотором ряда случаев исключить необоснованные затраты на выполнение ремонтов соединений, а в других - предотвратить допуск з экс-

плуатацига непригодных конструкций. Разработанные метода использованы для оценки несущей способности поврежденных; сварных соединений магистральных трубопроводов при восстановлений их служебных свойств баядажированлем, а также при оптимизации давления опрес-совки сварных оболочковых конструкций.

Внедрение полученных результатов в ЦНИИКМ "Прометей" (г.Санкт-Петербург) и заводе стационарных глубоководных оснований (г.Баку) позволило определить требования к качеству сварных евов и снизить затрата по изготовлению сварных оболочек за счет сокращения обье-ма ремонтных работ. Для предприятий ЦНЖШ "Прометей" и КШ (г.Ми-асс) обоснован по требуемому уровню прочности выбор конструктивно-геометрических параметров сварных соединений корпусных конструкций.

Результаты настоящих исследований использогаян в ряде нормативно-технических документов (РД, отраслевые методики» технические инструкции, рекомендации), разработанных совместно с УРАЖДТИ ' (г.Челябияск), ВШЕСПТнефть (г.Уфа), ЦСЛ "Трубнадзор" (г.Челябннск), в/ч 2034S (г.Мурманск). Экономический эффект от внедрения результатов работы составил 173 тысячи рублей.

Апробация работы. Диссертация заслушивалась и рекомендована -к защите на научном семинаре кафедрц сварки Челябинского государственного технического университета.

Основные результата работы доложены на Международной конференции по сварным конструкциям (г.Кизв, 1990 г»), восьми Всесоюзных' научно-технических конференциях и семинарах (г.Уфа, 1987 г., г.Тула, 1988 г., г.Пермь, 1988 г., г.Киев,-1989 г., г.Волгоград, 1989 г., г.Свердловск, 1989 г., г.Липецк, 1990 г., г.Ленинград, 1991 г.), регионалъяой конференции (г.Ижевск, 1989 г.),"а такке . на научно-методической комиссии Госстандарта по механике разрушения (г.Москза, 1989 г.).

Публикации, йо теме диссертации опубликовано 22 печатные- работы. ' -

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит чз введения, пяти глав, списка', использованных источников, грех приложений. Она содержит 144 страницы машинописного текста» 87 рисунков, 8 таблиц и 56 страниц приложения. Список литературы включает 220 наименований. ' _

СОДЕРЖАНИЕ'РАБОТЫ ■ » ...

«

I. Состояние вопроса. Обеспечение необходимого уровня .прочности и надежности сварных оболочковых конструкций неразрывно, - '

связано с достоверным прогнозированием несущей способности их сварных соединений. Первостепенная роль в этом принадлежит расчетным методам, которые лежат в основе проектирования, изготовления сварных соединений и используются цри оценке их технического состояния в процессе эксплуатации конструкций. В этой связи большое значение имеют исследования по изучению 'влияния на работоспособность сварных соединений их механической неоднородности, которые содержатся в грудах О.А.Бакши, Р.З.Шрона, Н.А.Клыкова, А.Н.Монош-кова, М.А.Лоуниса, М.В.Шахматова, Е.Сато, МЛойодз и других авторов. В данных исследованиях было показано, что несущая способность сварных соединений определяется в первую очередь, относительными размерами участков соединений, материал которых имеет пониженный уровень прочностных характеристик, а также степенью неоднородности соединения. При этом доказано, что выбор данных параметров позво-г ляет управлять несущей способностью всего соединения. Однако, известные в настоящее время решения по оценка несущей способности механически неоднородных сварных соединений получены в основном для условий их одноосного яагружения. Тонкостенные оболочковые конструкции, работающие при нагружении внутренним давлением, имеют в своей стенке двухосное поле напряжений с компонентами и &г (напряжениями пренебрегают в виду их малости). Величины данных напряжений и показатель двухосяости яагружения л.» определяют напряженно-деформированное состояние оболочек, что требует коя- ' кратного учета при расчете данных конструкций.

- Основной • вклад в решение-вопросов оценки, не сущей способности • механически неоднородных сварных соединений определенных классов тонкостенных -оболочек давления внесли О.А.Бакши, А.В.Байиев, P.C. Зайяулляя, Л.И.Гладитейн, А-.Н.Моиошков и ряд ругих авторов. Одна- . ко, создание единого практически приемлемого подхода в решении данных задач с,использованием показателя п как переменной величины не было завершено.

С учетом упомянутых особенностей требуют црактического реие-г -ния и вопросы оценки влияния-дефектов на прочность сварных соединений оболочек давления. В данном направлении наиболее известны работы. С.А.Куркина, В.Ф.Лукьянова, В.В.Напрасникова, Г.П.Карзова, О.И.Сгеклова, М.В.Ш^хма'гова, Ф.М.Бурдакияа, В.А.Винокурова, И.И. Макарова, -В.Й.Махнеяко и других исследователей. Однако, сущесгвукъ вще расчетные модели либо не учитывая» фактор неоднородности механических свойств сварных соединений, либо не восприимчивы к изме-. веяш показателя двухосностг яагружения, что ограничивает их практическую тшгедяость.

2с Развитие методов оценки несущей способности механически неоднородных сварных соединений тонкостенных оболочковых конструк-Ш!1к Основнши параметрами, определяющими несущуи способность механически неоднородная: сварных соединений оболочек давления (рисЛ) являются степень их механической неоднородности К& 8 относительная толщина мягкой прослойки а?* показатель двухосности нагружения стеяки конструюии (I „ Для получения расчетной методам оценки напряженного состояния и статической прочности рассматриваемых соединений использовался метод линий скольжения 0.1ЛС), который был усовзраенствован для решения задач двухосного нагружения.

Исследование.особенностей напряженно-деформированного состояния механически неоднородных: сварных соединений в двухосном поле' напряжений было выполнено методом конечных элементов (МКЭ), Расчеты ЩЭ показали, что размер очага пластических деформаций (мягкая прослойка и дри-

Рис.Т. ' •

Расчетная схема исследуемых сварных соединений

легаызде участки твердого металла) практически не зависну от К» , "38. и параметра п и равен ширине соединения. 4 „ Распределение

напряжений £>д-

Б,

е а очаге пластических деформаций име-

ет сложный характер и соответствует экспериментальным даннш( полученным на образцах-моделях методом муаровых полос (МШЬ Установлено, что при вовлечении участков более прочного металла Т в процесс совместного деформирования с мягкими прослойками, предельное . состояние соединений реализуется при величине касательных надряяе-

*И

, меньших предела текучести мяг-и зависящих от значения пао^-

на контактных поверхностях V-, кого металла при чистом сдвиге к .-.'.етров К в , ае , д. .

Исходя из выявленных :.5,Ш закономерностей и уравнений связи нормальных л касательных напряжений с углами характеристик линий екодьнения для рассматриваемых сварных соединений были построена

' поля линяй скольжения, с учетом зависимости наклона площадок скольжения от показателя ft . Используя полученные параметрические соотношения,'уравнения линий скольжения и выражения, вытекающие "из анализа кругов Мора, определены зависимости для компонентов напряженного состояния мягкой прослойки. На основе данных результатов средние предельные напрякения, характеризующие несущую способность сварных соединений, предлагается определять по формуле

где коэффициент контактного упрочнения мягкой прослойки,

ел* at ' ^ 5 ' 6 >сп.'У(иа) в (2)

Параметр fin. определяет особенности потери устойчивости пластического деформирования мягкой прослойки, в составе оболочки давления, корректируя величину 5<р. по уровню истинных предельных напряжений, отвечающих реализации условия = 0 < Р - давление в оболочке, 6 - истинная деформация стенки в зоне_сварного. соединения). Исследования показали, что параметр j3a. определяется показателем двухосносЕк п. и деформационными характеристиками материала мягкой прослойка_S , j s и оценивается по формуле ! _оГ

. ' } (3)

где 'f ( i" , Ч> , f ).

Из анализа зависимостей (1)-(3) следует, что контактное упрочнение мягкой прослойки имеет место при ее относительной толщине меньшей величины 36к , где' эек =[fan)/(2-a)] °tS~ . В то же время при уменьшении относительных размеров мягкой прослойки до значений Э?р =£(-i+n;(2-n)J ' ■[2.(3Ke,+2-n-)]~i имеет место достижение соединением уровня прочности твердого металла.

■ Проверка полученных результатов проводилась испытаниями тонкое тепаых цилиндрических сосудов с продольники сворными швами. Степень механической неоднородности сварных соединении варьироза-• лась -за счет различного соотношения исходных сеойсте основного металла а отоязеяного в ЗТЗ и составляла К5 = .1,15 и 1,3. В результате управления тепловыми. процессами при сварке ширина зоны рзз-упрочвзкия в околсиовнсй зоне составляла 8,5„.Э,0; 4,1„.4,3; 2,0... _2,1 км» что соответствовало изменению относительной ширины мягкой прослойки 3£ от 1,4 до 0,33. Испитаная проводили на машине

б

НДОГ-ЗО в соответствии с ГОСТ 3845-75 при вариации показателя дзухосности П , за счет сочетания действия внутреннего, давления и осевой силы. Результаты экспериментальных исследовании подтвердили разработанную теоретическую модель оценки несущей способности механически неоднородных сварных соединений тонкостенных оболочковых конструкцией

3. Основы рационального проектирования п изготовления сварных соединении тонкостенных оболочек давления. На основе полученных результатов были разработаны подходи к оптимизации проектирования и изготовления механически неоднородных сварных соединений рассматриваемых конструкций, исходя из требования их рэвяопрочносги основному металлу.

Размеры мягких равнопрочных прослоек (см. П.2) довольно малы. Для сварных швов данный диапазон часто является не технологичным. Кроме того, требования к условиям эксплуатации оболочковых конструкций ответственного назначения таковы, что не допускают их неупругое деформирование. В связи с этим, определен диапазон допустимых размеров мягких швов, исходя из обеспечения их несущей способности на уровне предела текучести более прочного основного металла:

(4)

Г- ил;

. гдэ гт = vfff .

Использование относительно мягких сварных швов для изготовления оболочковых конструкций при оптимально выбранных конструктивно-геометрических параметрах соединений позволяет получить высокий уровень "их прочности и .деформационной способности. Последняя обеспечивает выполнение требований по сопротивляемости' ивов хрупкому разрушению, их технологической прочности, дает возможность выполнения опрессовки оболочек для снятия остаточных напряжений и т.д. Однако, равнопрочности мягких швов основному металлу не достигнуть, если не будет обеспечен ресурс пластичности сварных швов з зонах с вносили показателем жесткости напряженного состояния Пс . Исчерпание ресурса пластичности приводит к эффекту охрупчивания и прежде-.временному разрушении сварных соединений. Исходя из зг&го, выбор, црисадочннх материалов необходимо осуществлять, используя закояо-

мерности контактного упрочнения мягких прослоек, но с учетом ресурса пластичности ах материала« Реиение данного вопроса предложено на основе выполнения условия 6yaJ~< R.HC {где максима ль» ное значение напряжений, перпендикулярных прослойке» R.Hcr сопротивление материала прослойки внугризереяному микросколу),

(5)

Здесь АР- ресурс пластичности материала в текущей точке с координатой а; прослойки,

ва-п> I к Чу, (6)

а параметр • ная Диаграмму пластичности исследуе-

мого материала присадка А ( Л0), можно определить величину

&мс и на данной основе обосновать выбор конкретного присадка для сварка рассматриваемой оболочковой конструкции, обеспечив требование равнопрочноети сварного шва и ресурс пластичности его материала»

Описанные выше подходы легли в основу предлагаемой в работе методики выбора режимов опрессовка сварных тонкостенных сосудов давления»

4. Влияние трещинододобных дефектов но несущую способность механически неоднородных сварных соединений оболочек давления. В работе рассмотрены наиболее'опасные трещиноподобные дефекты цри. характерных расположениях в сварных соединениях оболочковых конструкций (рис.2), . ■

4.1. Условия вязкого разрушения. Теоретический анализ напряженного состояния и прочности рассматриваемых'сварных соединений проводов яа основе метода ланий скольжения усовершенствованного дош задач двухосного нагрунения. Для построения полей линий сколь- • жеяня в. сварных соединениях с дефектами • необходимо знать характер их пластического деформирования Р для чего использовался метод муаровых полос на модэлирувдих образцах, изготовленных из СтЗ» 83ата- -риалом мягкой прослойки служил свинец С-1. Дефекты имитировали тре-щшкшодобшш цропплама. Анализ картин муаровых полос выявил особенности деформирования сварных соединений с каждым из рассматриваемых дефектов. .....

В работе подучены расчетные зависимости для поврезденяах сварных соединений оболочек давления, которые показали, что их несу-

-Ю

'дая способность определяется конструктивно-геометрическими параметрами соединений, размерами и местоположением дефекта, показателем двухослости лагруяепия соеди-■ нения в составе конструкции.

lia основе предложенных зависимостей выявлены диапазоны размеров дефектов, которые не .влияют на изменение статической прочности соединений. Установлено наиболее опасное с точка зрения снижения несущей способности местоположение грещиноподобного дефекта - центральная часть мягкой прослойки (рис,26).

Выполненный анализ использован для разработки методики нормирования дефектов сварных соединений оболочек давления (для условий вязкого разрушения) на основе наиболее неблагоприятного случая, отношение s

и т т т т

■ И; м

.t1 т т т

а) б) г)

•'м '■V. - м

» т о»7 Т Т

'••■'•/Vv

д) е> 5К> 3)

Рис.2.

Схемы дефектов сварных соединений оболочек давления . Б результате предложено сон

-4

47)

где /V - суммарное значение коэффициента запаса для рассматриваемого класса конструкций* Выражение (?) позволяет оценить относитель-. нуа глубину дефекта, при котором сварное соединение к нему нечувствительно.

С использованием (7) можно нормировать как глубину, гак и протяженность треищноподобных дефектов сварных соединений. Например, для магистральных трубопроводов предложена зависимости:

(£\°*Г1 1 "-1-'

I л L i{lfr{ i

TWj H,

■L i-Â 1

1л-' 2)p"i согласно (7) ,

где Л - протяженность дефекта, Ъ - диаметр трубопровода.

Для практических инженерных расчетов в работа приводятся_

номограммы.

M

4.2. Условия квазихрупкого разрушения. Распространение трещин в реальных конструкционных материалах всегда сопровождается'развитием пластических деформаций в Области предразрулвния.--Многими .авторами показано, что при упругопластическом разрушении тонколистовых конструкций оболочкового типа эффекты, связанные- с двухосностью нагружеяия их стенки, реализуются именно через зону пластических деформаций в вершине концентратора. Данные моменты послужили основой решения поставленной задачи.

Для оценки сопротивляемости рассматриваемых сварных соединений квазихрупкому разрушению был выполнен анализ особенностей их напряженно-деформированного состояния, выбран критерий разрушения и метод решения.

За базовый вариант расчетной схемы было принято расположение трещиноподобного дефекта на границе неоднородных участков {рис.2в, г,ж,з), как наиболее, общий и сложный случай. Особенности напряжен-яо-деформированного состояния в окрестности вершины дефекта, расположенного на граница неоднородных участков, исследовали МКЭ, который показал наличие пластического течения металла как в мягкой, так и в. твердой зонах. Численно подтверждено сдерживание пластических деформаций металла М более твердым и наличие касательных напряжений в локальной области пластического деформирования. Это позволило описагь характер пластического течения и распределение напряжений в облаем црадразрушения методом линий скольжения, на основе ■ представления в виде пластических полос, наклоненных под углами: бц- ;fм ( п., К'в ) и Q. - fT ( п., ) к границе раздела.

Анализ прочности рассматриваемых сварных соединений был выполнен на.основе-механики хрупкого разрушения. Для этого использовали конструкцию решения, согласно которой локальные полосы текучести в окрестности вершины дефекта заменяли,узкими разрезами, к берегам которых приложены нормальные. Б" , . Б о к касательные Т", удельные усилия, являющиеся реакцией'пластически деформируемого ые-, талла на упругую область. Данные силовые, факторы соответствуют компонентам напряженного состояния на линиях сколькения.

На основе выражений по -определению раскрытия берегов данного . дефекта получены зависимости для критических напряжений сварных соединений Ек , соответствующих моменту страгиваяия .трещины :

где определяется из выражений:

гсм

• _ --__■ ---у

с'ь ' _г , , ,

где 9", , УС* Ум » Уг ~ от. параметров Ка я п.

Нал практического пользования в работе приводятся таблицы выбора основных параметров и номограммы по определению величины

В случае расположения дефекта в пределах однородного участка (яд удаления от границы раздела) получена зависимость, вытекающая из вышеописанного реазяия:

(II)

определя-

■ч

где поправка на зону пластичности в устье дефекта,

емая по выражения ' .

' , 02)

где

На основе данного алгоритма расчета сварных соединений обояо-г чек давления с греазшоподобнши дебютами предложена методика' нор-апрованця последних, которая устанавливает диапазоны размеров 04 I- 'дефектов, не приводящих к квазихрупкйм разрушениям»

Например, для дефекта на границе неоднородных участков величина (тг)А находится из соотношения'

ь %т~ Ы&^н)

(13)

4.3. Экспериментальное исследование влияния щеишноподобных ;еУ^ктоэ сЕапных соединений на кесу^ун способность оболочек дав-1видя. Для проверки расчетных зависимостей проводила испытания ыутренним дзэлзнием цилиндрических сосудов, выполненных из прямого 2нух сварных труб. Материалом конструкций являлась углеродистая. •таль ЗСтЗпс . Анализ кривых твердости сварных соединений к основ-ого металла труб, а такзе механические испытания по определения сходных свойств показала, что сварной шсз является более прочшаг

' по отношению к основному металлу, со степенью механической неоднородности Нь = 1»25. ' Дефекты наносили механическим путем с вариацией глубины и протяженности вдоль образующей ^/д . Сосуды в испытательной камере нагружали гидравлическим насосом УНГР-2000 вплоть до разрушения. Еязкое разрушение сосудов с развитыми пластическими деформациями и образованием выпучины происходило во всех случаях при Геншера туре испытаний 7 = 20 °С. Условия квазихрупкого разрушения моделировались охлаждением конструкций до Т = -30±10 °С, для чего сосуды предварительно помещали в криокамеру с хладагентом -смесью аидкого азота с бензином.

Сопоставление полученных экспериментальных данных с теоретическими позволило убедиться в практической пригодности последних для сценки влияния дефектов на прочность сварных соединений тонкостенных оболочковых конструкций.

ОБЩИЕ вывода

I) Несущая способность оболочковых конструкций, работающих под действием внутреннего давленая, зависит от ресурса прочности их свар яых соединений, которые являются наиболее ответственным 'звено:,! вследствие присущих ем особенностей (механическая неоднородность, наличие дефектов и геометрических несовершенств а т.д.)«

Механическое поведение' сварных соединений в состава тонкостенных оболочек давления определяется их конструктивно-геометрическими параметрами, степенью механической неоднородности, характером и уровнем действительной нагружеяности стенки .конструкции, размерами и расположением дефектов в -соединениях»

. 2) Усовершенствование метода линий скольжения для случая двух-. осного нагрунения тонкостенных конструкций позволило с единых теоретических позиций рассмотреть напряженное состояние механически неоднородных сварных соединений в составе оболочек давления с учетом всех вышеперечисленных факторов и получить практически приемлемые расчетные методика для оценки несущей способности данных соединений применительно к условиям вязкого разруаеная.

3) Теоретические и экспериментальные результаты послутали основой подходов к рациональному проектированию и изготовлению сварных соединений рассматриваемых конструкций.

Выбор конструктивно-геометрических параметров и материала озорных соединений оболочек давления должен осуществляться исходя из требований по уровня их несущей способности л возможностей его позы-шения за счет действия контактного упрочнения, но с учетом ресурса пластичности материала соединений. Зри этом расчет необходимо аылол-

ЛЧ ■

нять для реальных силовых условий работы соединений в составе конкретной конструкции, которые определяются величиной максимальных действующих напряжений и показателем двухосности нагружения стенки оболочки.

4) Исследовано влияние трещиноподобных дефектов на несущую способность сварных соединений оболочковых конструкций применительно к условиям вязкого и квазихрупкого разрушений. Рассмотрены характерные случаи расположения данных повреждений. Наиболее опасными, с точки зрения снижения прочности, местами расположения дефектов являются: для условий вязкого разрушения - центральная часть срединной плоскости мягкой прослойки соединения, для условий квазихрупкого разрушения - на границе участков соединения, имеющих различный уровень прочностных характеристик.

На основе выполненного анализа поведения дефектов предложены методики нормирования трещиноподобных дефектов сварных соединений тонкостенных оболочковых конструкций.

5) Поведение дефектов в неоднородных сварных соединениях оболочек давления не является однозначным. Несущая способность данных соединений во многом зависит не только от размеров повреждения, но и от места его расположения. Это в ряде случаев приводит к тому, что имеется диапазон таких размеров дефектов, при которых соедине- . ние является нечувствительным к последним (относится к условиям вязкого разрушения).

Анализ области предразрушеяия в вершине трещиноподобного де- . фекта сварных соединений оболочек давления (применительно к условиям квазихрупкого разрушения) показал, что локальное деформирование материала, определяющее достижение критического состояния поврежденного соединения, зависит от механических характеристик материала, где распространена локальная пластическая область, величины их соотношения й показателя двухосности нагружения стенки конструкции. За.данной основе еоздан общий'подход к-определению критического давления в оболочке, при котором происходит старт трещины'от верпш-зы дефекта сварного соединения.

6) Установленные закономерности механического поведения- рассматриваемых сварных соединений подтверждаются результатами экспе-зиментальных исследований на моделях методом муаровцх полос и дай-шми испытаний-внутренним избыточным давлением оварннх оболочковых сонструкций. ,

7) Результаты работы ьнедрены на ряде предприятий» с общим зко-' [омическим эффектом в 173,5 тысячи рублей, о чем свидетельствуют;

акты, приложенные к настоящей работе. Разработанные расчетные методики использованы при создании нормативно-технической документации, инструкций, рекомендаций и ?Д. '

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Ерофеев Б.В., Распопов A.A. Несущая способность механически неоднородных сварных стыковых соединений в условиях двухосного на-гружения //Вопросы сварочного производства: Сб.научн. тр. - Челябинск: Челяб. политехи, ин-т, 1937. - С.28-35.

-2. Ерофеев В.В., Распопов A.A., Шахматов М.В. О рациональном проектировании сварных соединений сооудов высокого давления //Надежность оборудования, производств и автоматизированных систем а химических отраслях промышленности: Тез. докл. I Всессюз. науч.-техн. конф..- Уфа: Уфимск. нефт. ия-т, 1987. - C.I04-I05.

3. A.C. 1349929 СССР, МКИ4 В 23 К 15/00..Способ устранения дефектов сварного шва /Баранов В.В., Распопов A.A. //По заявке

Л 4045135 от 07.01.1986 г. • , >

4. Распопов А.Д. К вопросу о несущей способности сварных стыковых соединений оболочковых конструкций //100-летие изобретения сБарки по методу Н.Г.Славянова и современные проблемы развития сварочного производства: Тез. докл. Всесоюз. научн.-техн. конф. -Пермь: Пермск. политехи. ин-т8 1988. - 4.2. - С.38-39.

5. Ерофеев В.В., Распопов A.A., Грликов В.Н. Расчет несущей . способности сварных соединений низколегированных сталей с разупроч-ненными участками //Автоматическая сварка, 1989, - йЗ. - С.70-71.

6. .0 влиянии технологических дефектов сварки на сопротивляе-. мость хрупкому разрушению сосудов нефтехимической аппаратура- /Ерофеев В.В., Распопов A.A., Шахматов М.В., Зайнуллин .P.C. //Повщение эффективности и качества сборочно-сварочных работ в химическом и нефтяном машиностроении: Гез. докл. УП Всесоюз. науч., - техн. конф. - Волгоград:. ВЩЩПТхимнефтеашаратуры, 1989. - C.29-3Q.

7.-Ерофеев В.В., Шахматов М.В., Распопов A.A. Влияние дефектов сварки на несущую способность сварных труб большого диаметра и их . нормирование //Диагностика и работоспособность магистральных трубопроводов: Сб. науч. тр.. - У.фа: ВНИИСДГнефть, 1989. - С.43-52.

8. Методика оценки степени опасности дефектов труб нефтепроводов /Зайнкллия P.C., Гумеров K.M., Ерофеев В.В., Распопов A.A. -Уфа: ВВШСЕГнефть. 1989. - 16 е.- -

.S.-.Ерофеев В.5., Распопов A.A., Шахматов М.В. Оценка несущей способности поврежденного уа: стка- трубопровода, усиленного банда-гам'/Допросы сварочного производства: Сб. науч. тр. - Челябинск: 1 ' -•-■■••■ - . . -16

Челнб. политехи, ин-т, 1989. - С.3-8.

10. Ерофеев Е.В., Распопов A.A., Шахматов М.В. О некоторых особенностях использования метода линий скольжения (применительно к задачам двухосного нагрукеняя) //Проблемы прочности, 1990. -Ii 3. - С.63-68.

П. Об особенностях конструктивно-технологического проектирования сварных соединений тонкостенных оболочковых конструкций из высокопрочных материалов /Ерофеев В.В., Шахматов М.В., Распопов А.А., Михайлов В.И, //Сварочное производство, 1990. - IS 9. -3.23-24.

12. Ерофеев В.В., Распопов A.A., Шахматов М.В. Совершенство- . злние методов расчета яа прочность сварных соединений оболочек давления с дефектами //Сварные конструкции: Тез. докл. Международной -¡ауч.-тёхя. конф. - Каев: ИЗС ш. Е.О.Патона, 1990. - C.I86.

13. Бакшд O.A., Распопов A.A., Ерофеев З.В. К вопросу о влия-» 1ии технологических дефектов на прочность неоднородных сварных со-, ¡длнений оболочковых конструкций //Сварка разнородных, композшиоя-шх а многослойных материалов: Сб. науч. тр. - Киев: ИХ им.Е.О.Па-:она, 1990. - С. 15-19.

14. Распопов A.A., Ерофеев В.В,, Шахматов.М.В. О выборе прнса-;очных материалов для сварки ответственных оболочковых конструк-дй //Повышение эффективности сварочных работ: Тез. докл. Всесоюз.

а уч.-техн.. конф. - Липецк, политехи, ин-т, 1990. - С.3-6.

15. Распопов A.A., Ерофеев В.В., Шахматов М.В. Об оценке со-ротивляемости хрупкому разрушении сварных соединений тонкостенных болочек давления //Механика разрушения и прочность и прочность -зарннх конструкций: 'Материалы Всесоюз. науч.-техя. шяолы-семина-

2 - Л.:. ДДНТП, 1991. - С. 81-87. . '

13. Распопов A.A., Ерофеев В.В., Шахматов М.В. О несущей спо-эбности сварных тонкостенных оболочек дазления с разутгрочяенянмя щетками //Изв. ВУЗов, Машиностроение, 1991. - & 7-8. - с.20-23.

17. Методика оценки допустимой дефектности нефтепроводов' с уче-э;.! их реальной нагруженностл /Гумеров.А.Г., Гумеров P.C., Гумеров ГЛ. я др. - Уда: ВКНСПТнефгь, 1991. - 25 с.

13. Сценка допустимой дефектности нефтепроводов с учетом их ильной иагрухеяносга Азхматов М.2., Ерофеев 3.3., Распопов A.A. др. //Строительство трубопроводов, 1991. - а 12. - С.37-41.

/