Відзначено актуальність визначення граничного навантаження в'язкого руйнування для дефектів типу вм'ятин в трубопроводах. Запропоновано ідеалізовану модель граничного пластичного стану труби з нескінченною в поздовжньому напрямку вм'ятиною. Для оцінки впливу обмеженої довжини вм'ятини запропоновано наближену модель для прямокутної вм'ятини. Отримано та проаналізовано практичні формули для розрахунку залишкової міцності осьових напружень.

Індекс рубрикатора НБУВ: О71-02

Рубрики:

Магістральні трубопроводи (магістральний трубопровідний транспорт)

Шифр НБУВ: Р102364 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Запропоновано новий метод для аналізу напружено-деформованого стану пружних кругових тороїдальних оболонок, заснований на виборі у якості невідомих функцій зусиль і переміщень. Метод дозволяє досліджувати явище овалізації згину, що виникає під час прикладення зовнішніх просторових згинальних моментів. Одержано геометричні рівняння, що зв'язують компоненти переміщень із деформаціями, та введено гіпотези малості, що дозволяє знехтувати певними комбінаціями переміщень під час розгляду деформування оболонки. Показано, що гіпотеза Кармана про недеформованість серединної поверхні труби може використовуватися тільки після виключення окружного зусилля з рівнянь рівноваги. Встановлено межі застосовності одержаних рішень у залежності від порядку наближення по параметру гнучкості. Виведено диференціальні рівняння балкового типу для криволінійного стрижня, що зв'язують кути поворотів і переміщення лінії центрів із зовнішніми факторами навантаження. Одержані результати зіставлено з наведеними в літературних джерелах.

Розглянуто задачу про визначення напруженого стану і піддатливості згину труби, що знаходиться під одночасною дією внутрішнього тиску та згинальних моментів, котрі прикладені як у площині, так і з площини його кривини. Задача відноситься до геометрично нелінійних, де збільшення внутрішнього тиску призводить до зменшення напружень овалізації від згинальних моментів. Запропоновано оригінальний метод урахування тиску, що базується на значному перевищенні коловими напруженнями від тиску напружень від згинального моменту. Виведено загальну систему рівнянь для всіх компонент переміщень і напружень. Одержані результати зіставлено з наведеними в літературних джерелах.

Розглянуто задачу про деформування криволінійної оболонки під час навантаження внутрішнім тиском, осьовою силою та перепадом температур. Одержано фізичні рівняння, що зв'язують переміщення і кути поворотів лінії центра мас поперечних перерізів оболонки з параметрами навантаження. Наведено загальну постановочну систему рівнянь для криволінійного елемента у разі його деформування. За допомогою методу початкових параметрів одержано аналітичний розв'язок диференціальних рівнянь для переміщень і кутів повороту лінії центрів з урахуванням дії розподілених сил і моментів.

Індекс рубрикатора НБУВ: В251.104

Рубрики:

Руйнування крихке < Теорія пружності >

Шифр НБУВ: Ж61773 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розглянуто крайові ефекти в підземних трубопроводах, що виникають на ділянці сполучення прямої підземної труби та криволінійної вставки (заводського згину, коліна або пружновигнутої ділянки). Внаслідок дії ефектів виникають додаткові згинальні моменти, величина яких пропорційна різниці осьового зусилля в нескінченному прямому трубопроводі та в закритій з торців трубі і залежить від геометричних параметрів трубопроводу та фізико-механічних характеристик грунту. Наведено конкретні приклади аналізу пружної взаємодії трубопроводу з грунтом для колін із різними радіусами дуги згину. Показано, що додаткові згинальні напруження можуть істотно перевищувати напруження від осьової сили, тому їх необхідно враховувати під час проектування та будівництва трубопроводів. Одержано та проаналізовано розв'язок для пружнозігненої ділянки.

Відзначено загальні методологічні підходи до розв'язку задач міцності та ресурсу обладнання АЕС і результати, одержані в Інституті проблем міцності ім. Г. С. Писаренка НАН України за останні роки у цьому напрямку. Показано важливість вирішення питань міцності та ресурсу корпусів атомних реакторів і парогенераторів. Комплексний розрахунково-експериментальний підхід до аналізу напружено-деформованого стану проілюстровано на прикладі вузлів парогенераторів з дефектами.

Розглянуто внутрішню еліптичну тріщину нормального відриву в необмеженому тілі. Модифіковано запропоновану раніше методику визначення вагової функції та коефіцієнта інтенсивності напружень. Одержано аналітичні та числові значення коефіцієнта інтенсивності напружень уздовж фронту тріщини для різних випадків поліноміального закону навантаження. Запропоновано підхід до визначення переміщень берегів тріщини за значеннями коефіцієнта інтенсивності напружень, у якому використовуються рівняння енергетичного балансу Райса, теорема Дайсона та теорія трансляції тріщин у неоднорідному полі напружень. Одержано замкнений вираз для переміщень берегів еліптичної тріщини у разі поліноміального закону навантаження довільного степеня, який можна використати у розв'язку просторових задач теорії пружності з тріщинами.

Розглянуто взаємодію берегів еліптичної тріщини, яка знаходиться в частково від'ємному полі зовнішніх напружень. Проблема полягає у визначенні області, де відбувається контакт берегів, та напружень контакту, що виникають у цьому випадку. Останні записуються у вигляді скінченного поліноміального ряду з невідомими коефіцієнтами, які визначаються з умови мінімуму квадратів відхилень переміщень в області контакту від нуля та відхилень сумарних напружень в іншій частині області від заданих. Область контакту визначається в результаті пошуку абсолютного мінімуму згаданих вище відхилень. Наведено конкретні результати розрахунку для тріщини, що знаходиться в лінійному полі напружень.

Предложен новый аналитический метод для анализа краевого эффекта в нагруженном изгибающим моментом гибе трубы с учетом действия внутреннего давления. Метод основан на использовании упрощающих гипотез, позволяющих выразить все деформационные и силовые параметры через тангенциальное перемещение, которое принимается в виде разложения в ряд Фурье по окружной координате. Получена система дифференциальных уравнений четвертой степени по осевой координате относительно неизвестных коэффициентов в разложении для перемещений. Приведены аналитическое приближенное решение для гиба и точное решение для прямой трубы, которые записываются через функции Крылова. Сформулирована процедура применения метода начальных параметров, где в качестве граничных условий используются значения тангенциального и продольного перемещений, осевого и касательного усилий. Получены уравнения связи между этими параметрами в начале и в конце гиба трубы. Полученные результаты сопоставлены с данными литературных источников.

Приведены уточненные результаты оценки напряженно-деформированного состояния узла приварки "горячего" коллектора к корпусу парогенератора реакторов ВВЭР-1000 "малой" и "большой" серий с использованием трехмерных моделей. Показано, что компоновка парогенераторов в реакторах оказывает влияние на максимальные напряжения в области сварного шва.

Рассмотрена взаимосвязь между нормами на проектирование и документами для анализа соответствия по назначению эксплуатируемых конструкций. Обсуждена существующая в западных нормах категоризация напряжений и отмечена необходимость введения подобных процедур в отечественные документы. На примере дефектов формы трубопровода (вмятины, осевые несоосности труб) продемонстрирована возможность применения категоризации напряжений для определения допустимых состояний. Описана существующая практика применения деформационных критериев в трубопроводных стандартах, что дает значительные резервы увеличения несущей способности трубопроводов. На примере трубы со сварным соединением, имеющем меньшие характеристики прочности, показаны возможные проблемы относительно накопления значительных деформаций.

Для расчета коэффициентов интенсивности напряжений в упругих трубах с длинными дефектами используется известный метод Чжена и Финни. Предложено универсальное описание характера поведения балки, для которой получены и используются уравнения метода начальных параметров с учетом геометрической нелинейности (влияние осевой силы на поперечное деформирование). Это позволило впервые определить значения коэффициентов интенсивности напряжений в тонкостенной трубе в геометрически нелинейной постановке, когда повышение давления приводит к несколько "замедленному" их увеличению. Результаты обобщены для более сложного дефекта - трещины, выходящей из вершины вмятины.

Разработана эффективная численная итерационная процедура для анализа напряженно-деформированного состояния плоского трубопровода (ТП) в среде с учетом возможного наличия опор и разветвлений. Используемые постановочные уравнения равновесия и геометрические уравнения записаны в геометрически нелинейной постановке и дополнены граничными условиями, полученными аналитически для полубесконечного ТП при продольно-поперечном упругом изгибе. Рассмотрен упругопластический закон взаимодействия ТП с грунтом при возможности дополнительного ограничения абсолютных перемещений ТП. Алгоритм расчета основан на понятиях поправочного и базового решений. Базовое уточняется на каждом итерационном шаге с использованием поправочного решения (ПР). ПР представляет собой непосредственное решение системы линеаризованных уравнений, в которой, например, для определения усилий взаимодействия трубы с грунтом используются базовые перемещения ТП. Алгоритм использует эффективный метод прогонки на каждом итерационном шаге, минимизирующий количество неизвестных. Результаты расчетов сравнены с приведенными в литературных источниках численными и теоретическими решениями: закручивание консоли под действием изгибающего момента на конце; прокладка подводного ТП; потеря устойчивости на воздухе и др.

Разработаны аналитические модели оценки потери устойчивости изначально прямолинейного трубопровода в среде. Отмечены недостатки существующих аналитических методов, которые не учитывают возможного продольного перемещения точек трубопровода, ограниченности длины участка и в предельном случае не приводят к известным результатам оценки потери устойчивости на воздухе. Предложенные модели позволяют аналитически оценить критическую нагрузку, длину и форму деформированного трубопровода при горизонтальном и вертикальном поперечном его деформировании с учетом указанных факторов. Полученные результаты проверены путем численного моделирования процесса деформирования по разработанной ранее в сообщении 1 процедуре и с помощью натурного эксперимента.

Проанализировано динамическое поведение трубопроводов как стержневой системы с помощью метода динамических жесткостей. Согласно методу, уравнения связи между неизвестными параметрами записываются по методу начальных параметров, поэтому процедура решения подобна таковой в статической задаче. Показано, что для криволинейных стержней проще и эффективнее применять модель, состоящую из прямых участков и безынерционных поворотных элементов. Для определения собственных частот колебаний пространственных стержневых систем предложено использовать метод размыкания по перемещениям, который позволяет выделять частоты, соответствующие разным формам колебаний (поперечные, продольные и т.д.). Подход позволяет корректно моделировать поведение системы при вынужденных колебаниях с гармонической возбуждающей силой.

Сформулировано понятие динамического коэффициента податливости гиба трубы (ПГТ) для использования в задачах расчета гармонических колебаний трубопроводов. На основании полубезмоментной теории Власова введены упрощающие гипотезы, позволяющие свести постановку задачи к решению дифференциального уравнения четвертой степени. С помощью результатов динамического анализа торообразных оболочек разработана методика учета повышенной ПГТ при динамическом нагружении. Получено выражение для коэффициента увеличения податливости (КУП) в зависимости как от геометрических параметров гиба, так и частоты колебаний. На большом количестве примеров проиллюстрирована эффективность полученного выражения для КУП.

Предложен аналитический метод решения геометрически нелинейной задачи Бразье для тонкостенных труб с начальным несовершенством формы поперечного сечения при действии давления. Получены геометрические уравнения, связывающие компоненты перемещений с деформациями, и уравнения равновесия, учитывающие изменение кривизны сечения трубы и ее оси. Приведено решение в первом приближении по безразмерному параметру гибкости, точность которого проиллюстрирована на многочисленных примерах. Для случая совместного действия внешнего изгибающего момента и давления получена предельная кривая критического значения момента в зависимости от величины давления.

Оценено снижение прочности трубы с искусственным дефектом. На основе аналитической и численной моделей рассмотрено влияние конструктивных особенностей разъемной муфты на ее несущую способность. Проанализирована совместная работа муфты с трубой, на которую нанесен искусственный поверхностный осевой дефект. Результаты анализа сопоставлены с данными эксперимента.