Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры
О статье: поступила: 24.12.2019; финансирование: Братский государственный университет.
DOI: http://www.dx.doi.org/10.24866/2227-6858/2020-2-2
УДК 539.431
К.Н. Фигура
ФИГУРА КОНСТАНТИН НИКОЛАЕВИЧ – к.т.н., доцент, SPIN: 2199-8121, ORCID: 0000-0002-0777-0089, ResearcherID: G-9221-2012, ScopusID: 56433299000, e-mail: figura_85@mail.ru
Кафедра подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования
Братский государственный университет
Братск, Россия
Влияние асимметрии цикла нагружения на усталостную прочность трубопроводов в условиях коррозионного повреждения
Аннотация: Статья посвящена усталостным характеристикам трубопроводов при наличии коррозионного повреждения: рассматривается трубопровод, работающий в условиях асимметричного нагружения внутренним давлением рабочей жидкости. Проведен анализ публикаций, связанных с долговечностью трубопроводов при наличии коррозионных повреждений и переменных нагрузок, выделена наиболее актуальная область исследований – оценка изменения эффективного сечения трубопровода вследствие коррозии и способы учета изменения характера напряженного состояния стенок трубы. Однако в данных работах не учитывается изменение асимметрии цикла нагружения в процессе движения рабочей жидкости по трубопроводу. Такие колебания цикла нагружения могут быть вызваны гидроударами, импульсным характером движения жидкости и другими причинами. Поэтому в данной статье предпринята попытка выявить степень влияния асимметрии цикла нагружения на усталостную долговечность трубопровода. Предлагаемое исследование опирается на стандартные методики определения усталостных характеристик конструкций, описанные в государственных стандартах, а также в наиболее распространенных нормах по расчету прочности. Принятый подход не учитывает процесса трещинообразования в явном виде, но является более универсальным для осуществления инженерных расчетов. Основанная на стандартных методах и совершенствуемая авторами данной статьи методика позволяет использовать стандартные программные пакеты для определения усталостных характеристик конструкций, работающих при сложных режимах нагружения. Моделирование выполнялось в программном пакете ANSYS. Получены распределения долговечности конструкции, а также коэффициента запаса по амплитудам напряжений. Также построена зависимость усталостной долговечности от коэффициента асимметрии цикла нагружения. Показано, что импульсное изменение давления в трубопроводе может приводить к значительному снижению усталостной долговечности данного типа конструкций. Результаты работы согласуются с известными данными, связывающими нестационарные режимы движения рабочей жидкости со снижением ресурса трубопроводов. Кроме того, так как в нормативной и научной литературе отсутствуют теоретические и экспериментальные данные, связывающие асимметрию цикла нагружения внутритрубным давлением и усталостную прочность металла трубопровода, то примененная авторами статьи методика может быть использована для оценки ресурса трубопроводов на стадии проектирования и эксплуатации.
Ключевые слова: усталостная долговечность, циклическое нагружение, асимметрия цикла, коррозионное повреждение, трубопровод.
