(8)
10.3Процедура розрахунку тріщиноподібних дефектів
Рівень 1
10.3.1 Вважається, що всі діючі в трубопроводі напруження є первинними згідно з 10.1.2.1, а). Коефіцієнт, що визначає категорію напружень, i = 1.
10.3.2 Процедура розрахунку на міцність трубопроводу з тріщиноподібним дефектом та прикладеною системою зовнішніх навантажень за двокритеріальним підходом передбачає визначення поточних значень довідкових напружень σr та КІН K1
10.3.3 Розрахунок довідкових напружень σr слід виконувати на основі моделі в'язкого руйнування труби з дефектом через визначення граничного навантаження в'язкого руйнування Pll. Рекомендована процедура отримання довідкових напружень σr для основних типів дефектів трубопроводу наведена в Г.1, Г.2 (додаток Г).
В додатку Г наведено методики визначення параметра зменшення міцності (ПЗМ) α' (0 < α' ≤ 1) для тріщиноподібних (Г. 1, Г.2), тривимірних дефектів (Г.3) та дефектів форми (Г.4), на основі яких визначають довідкові напруження σr .
10.3.4 Розрахунок КІН слід здійснювати за методикою, наведеною в додатку Д. Якщо розрахунок тут не задовольняє вимогам точності або є занадто консервативним, розрахунок КІН проводять на основі наступних методів механіки руйнування: сингулярних інтегральних рівнянь, граничних інтегральних рівнянь, скінченних елементів, вагових функцій, апроксимаційних методів.
10.3.5 Формули для розрахунку КІН K1 труби з типовими осьовими та кільцевими тріщиноподібними дефектами приймаються згідно з додатком Д. Формули є апроксимацією даних, отриманих за методом скінченних елементів.
10.3.6 Для даного рівня навантаження слід визначити конкретні значення K1 (додаток Д) та σr (додаток Г). Координати точки А, що відображає фактичний стан міцності трубопроводу з дефектом на двокритеріальній діаграмі, визначають, як:
стану міцності трубопроводу з дефектом.
Якщо точка лежить нижче допустимої граничної кривої, умова міцності виконується, якщо вище, то трубопровід із дефектом не задовольняє критерію статичної міцності.
10.3.8 Коефіцієнт запасу міцності (КЗМ) слід визначати графічно або аналітично.
10.3.8.1 КЗМ n для даної розрахункової точки А визначається графічно через відношення відрізків:
де А2- точка перетину прямої ОА (променя навантаження) з граничною кривою ДОР.
10.3.8.2 Аналітичне визначення КЗМ n наступне:
10.3.9 Трубопровід із дефектом вважається працездатним, а дефект безумовно допустимим за критерієм статичної міцності, якщо КЗМ більше допустимого значення, тобто n ≥ k.
10.3.10 Висновки та рекомендації за результатами розрахунку на статичну міцність трубопроводу з дефектом приймають відповідно до розділу 12. Визначення коефіцієнта запасу міцності дозволяє здійснити сепарацію дефектів за ступенем небезпеки і відповідно спланувати терміни і об'єми подальших ремонтних робіт або визначитись із безпечними режимами експлуатації.
10.3.11 У разі невиконання умови міцності відповідно до 10.3.9 для розрахунку безпечного рівня навантажень (внутрішній тиск) слід виконати вищенаведену процедуру 10.3.6 - 10.3.9, послідовно зменшуючи в розрахунку значення внутрішнього тиску. Внутрішній тиск, за якого умова міцності виконується, вважається безпечним.
У разі невиконання умови статичної міцності і недоцільності зменшення внутрішнього тиску на заданій ділянці трубопроводу з дефектом слід скористатись розрахунком згідно з рівнем 2.
Рівень 2
10.3.14 Слід проаналізувати напруження, що мають місце в трубопроводі. Якщо для деяких із них можна продемонструвати можливість їх постійної релаксації при збільшенні прикладених зовнішніх зусиль або моментів, то такі напруження можна віднести до вторинних згідно з 10.1.2.2, а). Коефіцієнт категорій для вторинних напружень i = k.
10.3.15 Розрахунок на статичну міцність (визначення КЗМ) виконується за процедурою, аналогічною тій, що викладена для рівня 1, згідно з 10.3.6 - 10.3.9. У процедурах розрахунку довідкових напружень σr та КІН відповідно до додатків Г, Д прикладені вторинні напруження слід зменшити (розділити) на коефіцієнт категорії напружень i, визначений згідно з 10.3.14.
10.3.16 У разі невиконання умови статичної міцності згідно з 10.3.9 і недоцільності зменшення внутрішнього тиску на заданій ділянці трубопроводу з дефектом слід скористатись розрахунком, що регламентується рівнем 3.
Рівень З
10.3.17 Процедура розрахунку на міцність труби з тріщиноподібним дефектом за двокритеріальним підходом передбачає визначення поточних значень еквівалентних напружень σекв та КІН К1.
10.3.18 Еквівалентні напруження σекв визначають із пружнопластичного аналізу зони дефекту
за методом скінченних елементів (МСЕ) з урахуванням мінімальної товщини стінки труби (нетто-товщина) tн= t-a.
Розрахунок еквівалентного напруження σекв полягає у визначенні параметра q, де σекв = σВ / q. Для розрахунку параметра q слід скористатись наступним алгоритмом:
для пружно-пластичного розрахунку за МСЕ слід взяти до розгляду початкову частину (до 2 % повної деформації) узагальненої діаграми деформування (зазвичай це експериментальна діаграма розтягу матеріалу σ - ε);
слід модифікувати діаграму, збільшивши значення напружень у кожній точці діаграми в z= σВ/ σ2 разів (σВ - границя міцності матеріалу, σ2 - значення напруження, що відповідає деформації 2 %);
здійснювати розрахунок напружено-деформованого стану в зоні дефекту за МСЕ з послідовним зменшенням у разів (j- номер ітерації) модифікованої узагальненої діаграми дефор мування, доти, поки хоча б в одній точці перерізу деформація не досягне граничного значення 2 %. Шукане значення параметра q дорівнює на останній ітерації.
Розрахунок КІН K1здійснюється згідно з 10.3.4 рівня 1 для тріщиноподібних дефектів.
10.3.19 Координати точки А, що зображає фактичний стан міцності трубопроводу з дефектом на двокритеріальній діаграмі (рисунок 1), розраховують, як:
10.3.20 Подальше визначення КЗМ здійснюється згідно з 10.3.8.1.
10.3.21 Для даного рівня розрахунку використовують висновки про виконання/невиконання умови статичної міцності згідно з 10.3.9, 10.3.10, а також висновки і рекомендації відповідно до розділу 12.
10.4 Процедура розрахунку тривимірних дефектів
Рівень 1
10.4.1 Вважається, що всі діючі в трубопроводі напруження є первинними згідно з 10.1.2.1, б). Коефіцієнт, що визначає категорію напружень i = 1.
10.4.2 Процедура розрахунку на міцність трубопроводу з трьохвимірним дефектом та прикладеною системою зовнішніх навантажень передбачає визначення поточного значення довідкового напруження σr за методом граничного пластичного аналізу.
10.4.3 Процедура отримання довідкових напружень σr для основних тривимірних дефектів трубопроводу виконується згідно з Г.3 (додаток Г). У розрахунку σr слід враховувати коефіцієнт категорії напружень, що встановлюється згідно з 10.4.1.
10.4.4 КЗМ визначається як
10.4.5 У разі невиконання умови статичної міцності згідно з 10.3.9 і недоцільності зменшення внутрішнього тиску на заданій ділянці трубопроводу з дефектом слід скористатись розрахунком,передбаченим для рівня 2.
Рівень 2
10.4.6 Слід проаналізувати напруження, що мають місце в трубопроводі. Якщо для деяких із них можна продемонструвати можливість їх постійної релаксації при збільшенні прикладених зовнішніх зусиль або моментів, то такі напруження можна віднести до вторинних згідно з 10.1.2.2, б).Коефіцієнт категорій для вторинних напружень i = k.
10.4.7 Процедура розрахунку довідкового напруження σr виконується згідно з 10.4.1 - 10.4.5 рівня 1. У цьому розрахунку прикладені вторинні напруження слід зменшити шляхом ділення на накоефіцієнт категорії напружень i, визначений відповідно до 10.4.6.
10.4.8 КЗМ визначається згідно з формулою (15)
10.4.9В разі невиконання умови статичної міцності згідно з 10.3.9 і недоцільності зменшення внутрішнього тиску на заданій ділянці трубопроводу з дефектом слід скористатись розрахунком, що регламентується рівнем 3.
10.4.10 Процедура розрахунку на міцність труби з тривимірним дефектом передбачає визначення поточного значення еквівалентного напруження σекв яке визначається згідно з 10.3.18.
10.4.11 КЗМ визначається, як
10.4.12 Для даного рівня розрахунку використовують висновки про виконання/ невиконання умови статичної міцності згідно з 10.3.9, 10.3.10, а також висновки та рекомендації відповідно до розділу 12.
10.5 Процедура розрахунку дефектів форми
Рівень 1
10.5.1 Слід проаналізувати напруження, що мають місце в трубопроводі. Для первинних напружень коефіцієнт категорії напружень i = 1. Якщо такі напруження можна віднести до вторинних згідно з 10.1.2.2, б), коефіцієнт категорії напружень i = k.
10.5.2 Розрахунок слід проводити в рамках аналітичних моделей теорії пружності з урахуванням коефіцієнта категорій напружень згідно з 10.5.1. Процедура розрахунку полягає у визначенні параметра зменшення міцності (ПЗМ) з подальшим визначенням еквівалентних напружень за формулою:
де σН - номінальні окружні напруження σθ згідно з (1) або номінальні осьові напруження σ х згідно з (3). Для дефекту типу "вм'ятина" або "забоїна" у формулі (17) слід використовувати номінальні окружні напруження, а для дефектів типу "неспіввісність", "різнотовщинність" - номінальні осьові напруження.
10.5.3 Методики визначення ПЗМ для деяких дефектів форми наведені в додатку И.
10.5.4 Коефіцієнт запасу міцності n визначається згідно з 10.4.11.
10.5.5 У разі невиконання умови статичної міцності згідно з 10.3.9 і недоцільності зменшення внутрішнього тиску на заданій ділянці трубопроводу з дефектом слід скористатись розрахунком, що регламентується рівнем 2.
Рівень 2
10.5.6 Розрахунок слід проводити згідно з 10.4.6 - 10.4.8 рівня 2 для "тривимірних дефектів".
10.5.7 Процедура отримання довідкових напружень σ rдля основних дефектів форми трубопроводу наведена відповідно до Г.4. Під час розрахунку σ rслід враховувати коефіцієнти категорій напружень, що визначаються згідно з 10.5.1.
10.5.8 У разі невиконання умови статичної міцності згідно з 10.3.9 і недоцільності зменшення внутрішнього тиску на заданій ділянці трубопроводу з дефектом слід скористатись розрахунком згідно з рівнем 3.
10.5.9 Розрахунок слід проводити згідно з 10.4.10 -10.4.12 рівня 3 для "тривимірних дефектів".
10.6 Особливості розрахунку трубопроводів з тріщиноподібними дефектами в зварних з'єднаннях
10.6.1 Зварні з'єднання трубопроводів мають наступні особливості, які слід враховувати в розрахунках на міцність:
-відмінність фізико-механічних характеристик зварного шва і основного металу труби;
-наявність концентрації напружень в районі зварного шва через його геометричну форму;
-наявність залишкових термічних напружень з урахуванням їх релаксації.
10.6.2 У розрахунках можуть використовуватись як фізико-механічні характеристики основного металу, так і металу зварного з'єднання. Якщо метал зварного з'єднання має кращі фізико-механічні характеристики в порівнянні з основним металом, то в розрахунках слід використовувати характеристики основного металу (використовують гірші показники із двох).
10.6.3 Для зон зварних з'єднань при визначенні характеристики матеріалу - критичного КІН -слід користуватись емпіричною залежністю згідно з додатком Б.
10.6.4 Оскільки залишкові напруження зварного шва не впливають на величину довідкових напружень σ r,а схематизація тріщиноподібних дефектів у зварному шві аналогічна схематизації тріщиноподібних дефектів в основному металі згідно з 7.2.10, тому методики визначення σ r для тріщиноподібних дефектів у зварних з'єднаннях (рисунки В. 17.1 -В.28.1) аналогічні методикам, що стосуються дефектів в основному металі відповідно до додаткуа Г.
10.6.5 Концентрація напружень та залишкові напруження в зоні зварного шва є додатковими навантажувальними факторами при визначенні поточного значення КІН. Якщо виміряні неруйнівними методами залишкові напруження зварного шва в окремих точках перевищують значення 80% від величини границі текучості, така ділянка не допускається до подальшої експлуатації до вжиття заходів із її розвантаження. Заходи з розвантаження визначає експерт. Методики визначення КІН для труби з тріщиноподібними дефектами у зварному шві з урахуванням зазначених факторів наведені в додатку Е.
10.6.6 Тривимірні дефекти зварювання, такі як непровар, пора, шлакові включення, підріз (рисунки В.25 - В.28) у залежності від осьової або кільцевої орієнтації схематизують як осьові або кільцеві тріщини згідно з умовою 7.1.3 і розраховують за методиками, що прийняті для тріщин.
