Оценка трещиностойкости магистрального нефтепровода с учетом остаточных сварочных напряжений

Разработаны методика и программные средства для оценки трещиностойкости магистрального нефтепровода в зоне стыкового сварного соединения при эксплуатации. Для вычисления остаточных сварочных напряжений применен авторский конечно-элементный программный комплекс, разработанный в среде Fortran Visual. В основу расчета сварочных напряжений положены задачи нелинейной нестационарной теплопроводности, моделирования фазовых и структурных превращений и термоупругопластичности. Для описания теплообмена использованы граничные условия третьего рода. Прогнозирование превращения аустенита в феррит и бейнит в неизотермических условиях проведено на основании теории изокинетических реакций. Моделирование формирования остаточных напряжений осуществлено посредством решения задачи термоупругопластичности для материала с нестационарной структурой. Показано, что наиболее опасными с точки зрения хрупкой прочности являются продольные краевые полуэллиптические трещины, расположенные на внутренней поверхности трубопровода вблизи сварного шва. В основу расчета трещиностойкости положен силовой критерий разрушения Ирвина. Вычисление максимального коэффициента интенсивности напряжений по фронту трещины в трубопроводе выполнено с помощью конечно-элементного комплекса ANSYS. Представлены результаты анализа трещиностойкости в виде зависимостей критической глубины трещины от соотношения полудлины трещины к ее глубине.

Литература

[1] Черепанов Г.П. Механика разрушения. Ижевск, Институт компьютерных исследований, 2012. 872 с.

[2] Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 544 с.

[3] Мощенко М.Г., Рубцов В.С., Кораблева С.А. Термомеханический анализ процесса многопроходной сварки соединения ДУ300 реактора РБМК методом конечных элементов. Вопросы материаловедения, 2011, № 4(68), с. 105–115.

[4] Минкевич В.А., Файрушин А.М., Чернятьева Р.Р., Каретников Д.В. Исследование напряженно-деформированного состояния трубного узла мартенситной стали 15Х5М в процессе диффузионной сварки. Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2013, № 6, с. 344–355. URL: http://ogbus.ru/authors/MinkevichVA/MinkevichVA_1.pdf, doi: 10.17122/ogbus-2013-6-344-355 (дата обращения 15 марта 2017).

[5] Куркин А.С., Макаров Э.Л. Программный комплекс «Сварка» — инструмент для решения практических задач сварочного производства. Сварка и диагностика, 2010, № 1, с. 16–24.

[6] Christian J.W. The Theory of Transformations in Metals and Alloys. Pt. I, II. Pergamon, 2002. 1200 p.

[7] Макаров А.П., Шевченко А.Н., Павлов А.М. Определение критической длины трещин в металлоконструкциях карьерных экскаваторов. Вестник ИрГТУ, 2015, № 12(107), с. 57–63.

[8] Покровский А.М. Термопрочность цельнокованых и бандажированных прокатных валков. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 272 с.

[9] Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен. Москва, Изд. дом МЭИ, 2006. 550 с.

[10] Покровский А.М., Авагимов С.С., Дубовицкий Е.И. Расчет эксплуатационных напряжений в магистральном нефтепроводе с учетом остаточных сварочных напряжений. Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016, № 9, с. 123–137. URL: http://technomag.edu.ru/jour/article/view/1059/999, doi:10.7463/0916.0846629 (дата обращения 15 марта 2017).

[11] Банных О.А., Дриц М.Е., ред. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. Москва, Металлургия, 1986. 440 с.

[12] Покровский А.М., Рыжиков А.В. Математическое моделирование температурного и фазово-структурного состояний при наплавке биметаллического прокатного валка. Машиностроение и инженерное образование, 2016, № 1, с. 60–69.

[13] Попов А.А., Попова Л.Е. Справочник термиста. Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита. Москва, Машгиз, 1961. 430 с.

[14] Деммель Д. Вычислительная линейная алгебра: теория и приложения. Москва, Мир, 2001. 429 с.

[15] Гуляев А.П., Гуляев А.А. Металловедение. Москва, ИД Альянс, 2011. 644 с.

[16] Булатова А.З., Захаров М.Н., Морозов Е.М. Оценка опасности расслоений в металле конструкций на основе диаграммы трещиностойкости. Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 2010, № 3, с. 41–46.