Связь расчетных и испытлтельных напряженных состояний

Методология расчета прочности базируется на оптимизацион-ном подходе Ію критериям приведенных затрат и максимума меры иадежности. Определение толщины стснки при просктировочном расчете должно производиться с учетом этих двух критериев. В процессе испытания проверяется только соответствие фактической прочности расчетной. Толіцина стенки бездсфсктной трубы, получасмая при проектировании, обладаст столь высокой мсрой надежности, что каких-либо разруіисний ее при эксплуатации не должно быть. Однако в действительности это не так. Еще при испытании, более половины всех разрывов труб происходит при давлении значительно ниже рабочего, остальная их часть — при рабочем и испытательном давлениях. Наконец, после испытаний, уже в процессе эксплуатации, опять происходят разрушения при рабочсм давлении или даже более низком, чем рабочес. Это говорит о том, что хотя толщина стенки

труб более чем достаточна для работы трубопровода, но в наборе из тысяч труб имеются дефекты, которые являются зоной концентрации напряжений с предельными величинами, значитсльно превосходящими напряжения в без-дефектной стенкс. Различные дефекты распределены по длине трубопровода случайным образом. На рис. 16.6 изображен участок трубопровода длиной /-. Пунктиром показан расчетный уровень кольцевых напряжений о„_ц (р?), определясмый проектировочным расчетом для давления р₂, сплошной линией -фактичсское распределение кольцевых напряжений, которое возникает в трубопроводе при том же значении внутреннего давления. Концснтрация напряжений а_м, (Т_А2,..., а/і_тях зависит от размеров и формы дефекта. На рис. 16.6 показан также расчетный уровснь а„ц для давления р\<рі- Соотвстственно и линия распредсления фактических напряжсний будет колебаться в районс этого расчетного уровня, а концснтрация напряжений будет расположена в тех же сечениях, но ее значения будут ниже, чем при давлении р₂. Допустим, что бездефектный трубо-провод с толщиной стенки труб 6 обладает расчетной несущей способностью, обеспечивающей неразрушимость труб при (ТІщ= = <т„І, (РЪ)- Если представить, что такой трубопровод может быть создан, то разрушений на нсм быть не может. Поскольку в рсальном трубопроводе имеются различного рода дефекты, то они, как концентраторы напряжений, увеличивают послсдние по сравнению с ст_кц(р2). В главе 6 были рассмотрены ме-тоды расчета концентрации напряжений и показано, что про-дольные и кольцевые сварные швы увеличивают их до значе-ний, достигающих (1,5-^2)0_кц(р₂). Возможны дефекты с еще более высоким уровнем концентрации напряжений. Такими дефектами являются задиры, узкие надрезы, глубокие царапины. Некоторые из них дают наибольший уровень ац_тах.

Имснно эти ДефектЫ-концентратОры и проявляются в первую очередь при повышении внутреннего давления и сопровожда-ются часто разрушением труб при давлениях намного меньших расчетных. Это отчетливо видно на рис. 16.6 по распределению напряжений при условном давлснии р_ь при котором только в одном месте аьтах (РІ)>ОКЦ (рг). Следовательно, здесь возможно разрушение трубы при давлении рі<рг, хотя стенка рассчитана на давление р₂. Допустим, что испытывается трубопровод внутренним давлением р_исп. Трубопровод имеет различные дефекты, которые не удалось выявить другими видами кон-трѳля. Подняв давление до р_исп = рь мы обнаружим дефекты, имеюіцие наибольшую концентрацию напряжений. Если мы хотмм, чтобы при дальнсйшем подъеме внутреннего давлсния дефекты других видов не проявлялись, то при проектировочном расчете прочности должен вводиться коэффициент допустимой концентрации 6_ДОП, понижающий расчетный уровень кольцевых напряжений на значение коэффициента &_доп- Это приведет к соответствующему увеличению толщины стенки трубы (т. е. за счет толщины стенки компенсируются все возможныс дсфекты, кромс тсх, которые не охвачены /г_доп). Понижая область, охватываемую этим коэффициентом, мы можем уменьшить тол-щину стенки труб, но тем самым увсличить число дефсктов с уровнем концентрации напряжений, выходящих за границу ст_кц(р₂). А это значит, что и число разрушений при повьішении внутреннего давления от 0 до р₂ будет больше, и тем большс, чем меньше будет область &_доп. Именно это обстоятсльство и является важнейшим фактором, определяющим соотношение между испытательным и рабочим давлением.