---

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

СОСУДЫ И АППАРАТЫ СТАЛЬНЫЕ

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
ПРИ МАЛОЦИКЛОВЫХ НАГРУЗКАХ

ГОСТ 25859-83
(СТ СЭВ 3648-82)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

Москва

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 11 июля 1983 г. № 3046 срок введения установлен

с 01.07.84

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Настоящий стандарт распространяется на стальные сосуды и аппараты, применяемые в химической, нефтеперерабатывающей и смежных отраслях промышленности и отвечающие требованиям ГОСТ 24306-80, и устанавливает нормы и методы их расчета на прочность при количестве главных циклов нагружения от давления, стесненности температурных деформаций или других видов нагружений от 10³ до 5 ^. 10⁵ за весь срок эксплуатации сосуда.

Настоящий стандарт должен применяться совместно с ГОСТ 14249-80.

Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 3648-82.

1. УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ РАСЧЕТНЫХ ФОРМУЛ

1.1. Расчетные формулы настоящего стандарта применимы при условии, что расчетные температуры не превышают значений, при которых учитывают ползучесть материалов, т. е. при таких температурах, когда допускаемое напряжение определяют по ГОСТ 14249-80 по пределу текучести или временному сопротивлению (пределу прочности).

Если нет точных данных, то формулы применимы при условии, что расчетная температура стенки из углеродистой стали не превышает 380 °С, из низколегированной стали 420 °С и из аустенитной стали 525 °С.

1.2. Расчетные формулы применимы для сосудов, отвечающих условиям прочности при статических нагрузках по нормативно-технической документации.

1.3. Расчетные формулы применимы для элементов сосудов и аппаратов, для которых в нормативно-технической документации не приведен расчет на малоцикловую усталость.

2. ЦИКЛЫ НАГРУЖЕНИЯ

2.1. Под циклом нагружения понимают последовательность изменения нагрузки, которая заканчивается первоначальным состоянием и затем повторяется.

2.2. Под размахом колебания нагрузки следует понимать абсолютное значение разности между максимальным и минимальным ее значениями в течение одного цикла.

2.3. При расчете на малоцикловую усталость учитывают следующие циклы нагружения:

1) рабочие циклы, которые имеют место между пуском и остановом рассчитываемого сосуда и относятся к нормальной эксплуатации сосудов;

2) циклы нагружения при повторяющихся испытаниях давлением;

3) циклы дополнительных усилий от воздействия крепления элементов - сосуда или аппарата и крепления трубопроводов;

4) циклы нагружения, вызванные стесненностью температурных деформаций при нормальной эксплуатации сосудов.

2.4. При расчете на малоцикловую усталость не учитывают циклы нагружения от:

а) ветровых и сейсмических нагрузок;

б) нагрузок, возникающих при транспортировании и монтаже;

в) нагрузок, у которых размах колебания не превышает 15 % для углеродистых и низколегированных сталей, а также 25 % для аустенитных сталей от допускаемого значения, установленного при расчете на статическую прочность. При совместном действии нагрузок по подпунктам а-в этим условиям должна удовлетворять сумма размахов нагрузок. При определении суммы размахов нагрузок от различных воздействий не учитывают вспомогательную нагрузку, которая составляет менее 10 % от всех остальных нагрузок;

г) температурных нагрузок, при которых размах, колебания разности температур в двух соседних точках менее 15 °С для углеродистых и низколегированных сталей и 20 °С для аустенитных сталей. Под соседними точками следует понимать две точки стенки сосуда, расстояние между которыми не превышает _{, где D - диаметр сосуда, s - толщина стенки сосуда.}

д) размахов колебаний температуры в месте соединения материалов с различными коэффициентами линейного расширения, которые не превышают 50 °С.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2.5. Размах колебания главных нагрузок определяют на основе рабочих значений этих нагрузок.

2.6. Число циклов нагружения определяют по установленной в документации долговечности сосуда или аппарата. При отсутствии таких данных принимают долговечность 10 лет.

3. УСЛОВИЯ ПРОВЕРКИ НА МАЛОЦИКЛОВУЮ УСТАЛОСТЬ

3.1. Расчет на малоцикловую усталость не проводят, если имеются положительные результаты эксплуатации аналогичного сосуда при тех же условиях работы и в течение времени не менее расчетной долговечности.

3.2. Расчет на малоцикловую усталость по разд. 4 и 5 не проводят, если для всех элементов сосуда выполняются следующие условия:

1) все изменения нагрузок, кроме давления, удовлетворяют условиям п. 2.4;

2) размах давления принимают постоянным в течение всего срока эксплуатации;

3) удовлетворяется условие

N_p< [N_p] (1)

для всех элементов сосуда. Допускаемое число циклов нагружения давлением [N_p] определяют по черт. 1-3.

Формулу (1) применяют на основании расчета отдельных узлов при соответствующих значениях ξ η [σ] и [р]. Допускается проводить расчет аппарата в целом при наибольших значениях ξ η [σ] и наименьшем [р].

3.3. Если условие формулы (1) не выполняется, то проводят либо упрощенный, либо уточненный расчет на малоцикловую усталость по разд. 4 или 5.

Допускается уточненный расчет не проводить, если упрощенный расчет дает положительные результаты.

Допускаемое число циклов нагружения давлением для элементов сосудов и аппаратов из углеродистых сталей

Черт. 1

Примечание. Номограмма построена при значениях А = 60 ^. 10³ МПа, В = 150 МПа, t = 380 °С.

Допускаемое число циклов нагружения давлением для элементов сосудов и аппаратов из низколегированных сталей

Черт. 2

Примечание. Номограмма построена при значениях А = 45 ^. 10³ МПа, В = 230 МПа, t = 420 °С.

Допускаемое число циклов нагружения давлением для элементов сосудов и аппаратов из аустенитных сталей

Черт. 3

Примечание. Номограмма построена при значениях А = 60 ^. 10³ МПа, В = 270 МПа, t = 525 °C

4. УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ НА МАЛОЦИКЛОВУЮ УСТАЛОСТЬ

4.1. Для всех нагруженных элементов сосуда должно выполняться условие

_{. (2)}

Значение допускаемого числа циклов нагружения j-го вида определяют по разд. 6 в зависимости от амплитуды напряжения j-го вида.

4.2. Амплитуду напряжений при нагружении j-го вида определяют по формуле:

_{, (3)}

где ξ и η определяют по табл. 1 и 2. При расчете гладкой обечайки, коэффициент принимают только для продольных сварных швов.

Значения [М] и [F] определяют по ГОСТ 14249-80, ГОСТ 24757-81 и ГОСТ 25221-82.

Таблица 1

Примечание. Значение ξ действительно только в том случае, когда площадь поперечного сечения и момент сопротивления сварного соединения не меньше соответствующих значений в наиболее слабом элементе узла.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

5. УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЕТ НА МАЛОЦИКЛОВУЮ УСТАЛОСТЬ

5.1. Уточненный расчет на малоцикловую усталость основан на определении напряжений для упругого материала по теории пластин, оболочек, колец и балок: при линейном распределении напряжений по толщине стенки. При расчете определяют напряжения для проверяемого узла в нескольких точках каждого элемента на внутренней и наружной поверхностях в трех направлениях.

Полученные таким образом решения для некоторых наиболее типичных узлов приведены в справочном приложении 1.

5.2. Для упрощения расчетов эпюры циклов нагружения принимают в виде прямоугольников (черт. 4), причем количество циклов определяют при постоянной нагрузке, или одна нагрузка может иметь в одном главном цикле (пуск в эксплуатацию и останов) несколько второстепенных целых циклов.

5.3. Для каждого вида нагрузки рассчитывают размах отдельных составляющих напряжений Δσ_х, Δσ_y, Δσ_z, Δτ_хy, Δτ_хz, Δτ_yz, Δσ₁, Δσ₂, Δσ₃ как разность напряжений обоих нагруженных состояний, входящих в цикл.

Таблица 2

(Измененная редакция, Изм. № 1).

Черт. 4

Амплитуду напряжений для каждого цикла определяют по формуле

₍₄₎

при расчетах с помощью ЭВМ допускается амплитуду напряжений определять по формуле

_{; (5)}

для плоского напряженного состояния при главных напряжениях Δσ₁ и Δσ₂

_{. (6)}

5.4. Значение эффективного коэффициента концентрации напряжения К_σ определяют по формуле

K_σ = 1 + q(α_σ - 1), (7)

где 0 < q < 1 - коэффициент чувствительности материала к концентрации;

α_σ- теоретический коэффициент концентрации.

Значения q и α_σ определяют в зависимости от применяемых материалов и концентрации напряжений. При отсутствии точных данных

K_σ= ρξ / φ, (8)

где φ - коэффициент прочности сварного шва по ГОСТ 14249-89;

ξ - определяют по табл. 1.

ρ = 1,0 для шлифованных поверхностей и сварных швов;

ρ = 1,1 для необработанных поверхностей и швов.

5.5. Для полученного значения σ_A по формуле (11) определяют [N_j].

5.6. При известных значениях N_j и [N_j] для отдельных типов циклов нагружения определяют коэффициент линейного суммирования повреждений U, который должен удовлетворять условию формулы (2).

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСКАЕМОЙ АМПЛИТУДЫ НАПРЯЖЕНИЙ И ДОПУСКАЕМОГО ЧИСЛА ЦИКЛОВ НАГРУЖЕНИЯ

6.1. Допускаемую амплитуду напряжений определяют по формуле (9) или графикам черт. 5-8

_{. (9)}

6.2. Допускаемое число циклов нагружения определяют по формуле (10) или графикам черт. 5-8

_{, (10)}

где _{. (11)}

Расчетная кривая усталости для углеродистых, сталей до температуры 380 °С

Черт. 5

Расчетная кривая усталости для низколегированных сталей до температуры 420 °С

Черт. 6

Расчетная кривая усталости для аустенитных сталей до температуры 525 °С