Evaluation of the Static Cracking Resistance of Thin-Walled Pressure Vessels

Abstract

Ïðîâåäåí àíàëèç êðèòåðèåâ ðàçðóøåíèÿ è ïðåäåëüíûõ ñîñòîÿíèé äëÿ òîíêîñòåííûõ ñîñóäîâ, ðàáîòàþùèõ ïîä äàâëåíèåì, ñ ó÷åòîì âëèÿíèÿ ïëàñòè÷åñêèõ äåôîðìàöèé. Îïèñàíû îñíîâíûå ïðîáëåìû ýêñïëóàòàöèè òîíêîñòåííûõ ñîñóäîâ, ðàáîòàþùèõ ïîä âíóòðåííèì èçáûòî÷íûì äàâëåíèåì, ñâÿçàííûå ñ òåõíîëîãè÷åñêîé äåôåêòíîñòüþ è èñ÷åðïàíèåì íîðìàòèâíîãî ðåñóðñà. Ïðåäñòàâëåíû õàðàêòåðíûå òåõíîëîãè÷åñêèå è ýêñïëóàòàöèîííûå äåôåêòû â ñâàðíûõ øâàõ ñîñóäîâ è ñòàòèñòè÷åñêèå äàííûå ïî èõ êîëè÷åñòâó è òèïàì. Äåôåêòû ñâàðêè ñîñòàâèëè 62 % îò îáùåãî ÷èñëà äåôåêòîâ, îñòàëüíûå òèïû äåôåêòîâ -çíà÷èòåëüíî ìåíüøå ïðîöåíòîâ. Ïîñòðîåíû ãèñòîãðàììû ðàçìåðîâ äåôåêòîâ ñâàðêè è îïðåäåëåíû çàêîíû ðàñïðåäåëåíèÿ: äëèíà ïîäðåçîâ îïèñûâàëàñü ëîãíîðìàëüíûì çàêîíîì ðàñïðåäåëåíèÿ, ãëóáèíà -íîðìàëüíûì çàêîíîì ðàñïðåäåëåíèÿ. Îáîçíà-÷åíû ïðåäåëüíûå ñîñòîÿíèÿ è êðèòåðèè ðàçðóøåíèÿ ñîñóäîâ ïðè íàëè÷èè äåôåêòîâ è òðåùèí â óñëîâèÿõ óïðóãîïëàñòè÷åñêîãî äåôîðìèðîâàíèÿ ìàòåðèàëà. Ïîêàçàíû ïðåèìóùåñòâà èñïîëüçîâàíèÿ îáîáùåííûõ óðàâíåíèé âèäà «J-êðèâûå» ïðè ðàñ÷åòå íà òðåùèíîñòîéêîñòü. Ïðèâåäåíà ôîðìóëà äëÿ ðàñ÷åòà «J-êðèâûõ», ñâÿçûâàþùàÿ áåçðàçìåðíûé J-èíòåãðàë ñ áåçðàçìåðíîé íàãðóçêîé. Ïðîâåäåí àíàëèç íàïðÿaeåííî-äåôîðìèðîâàííîãî ñîñòîÿíèÿ òîíêîñòåííîãî ñîñóäà ñ ïîâåðõíîñòíîé ïîëóýëëèïòè÷åñêîé è âíóòðåííåé ýëëèïòè÷åñêîé òðåùèíàìè â îáúåìíîé ïîñòàíîâêå. Èññëåäîâàíû îñîáåííîñòè ïîëåé íàïðÿaeåíèé è äåôîðìàöèé â ëîêàëüíîé îáëàñòè çîíû òðåùèíû ïðè óïðóãîïëà-ñòè÷åñêîì äåôîðìèðîâàíèè. Âûïîëíåíû ðàñ÷åòû è ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû îöåíêè ýíåðãåòè÷åñêîãî êðèòåðèÿ ìåõàíèêè ðàçðóøåíèÿ -J-èíòåãðàëà äëÿ ìîäåëè ñîñóäà ñ ïîâåðõíîñòíîé ïîëóýëëèïòè÷åñêîé è âíóòðåííåé ýëëèïòè÷åñêîé òðåùèíàìè ïðè óïðóãî-ïëàñòè÷åñêîì äåôîðìèðîâàíèè. Ðåçóëüòàòû ïðåäñòàâëåíû â âèäå ãðàôèêîâ çàâèñèìîñòè áåçðàçìåðíîãî J-èíòåãðàëà îò ãåîìåòðè÷åñêèõ ðàçìåðîâ ñîñóäà è òðåùèíû. Ïîëó-÷åíû óðàâíåíèÿ «J-êðèâûõ» è îïðåäåëåíà ïðåäåëüíàÿ íàãðóçêà äëÿ òîíêîñòåííûõ ñîñóäîâ, çàâèñÿùàÿ îò ãåîìåòðè÷åñêèõ ðàçìåðîâ, ïàðàìåòðîâ íàãðóaeåíèÿ, ïðî÷íîñòíûõ ñâîéñòâ ìàòåðèàëà, õàðàêòåðèñòèê òðåùèíîñòîéêîñòè è äåôîðìèðîâàíèÿ. Ïî «J-êðèâûì» è êðèâîé äåôîðìèðîâàíèÿ ïîëó÷åíà ôîðìóëà äëÿ îïðåäåëåíèÿ çàâèñèìîñòè ïðåäåëüíîé íàãðóçêè îò ðàçìåðà òðåùèíû, ïàðàìåòðîâ íàãðóaeåíèÿ è õàðàêòåðèñòèê ìàòåðèàëà. Ñ èñïîëüçîâàíèåì ýòîé ôîðìóëû ïîñòðîåíû çàâèñèìîñòè ïðåäåëüíîãî äàâëåíèÿ ñîñóäà ïðè óïðóãîïëàñòè÷åñêèõ äåôîðìàöèÿõ îò îòíîøåíèÿ äëèíû òðåùèíû a ê òîëùèíå ñòåíêè ñîñóäà S (a/S) äëÿ ïîâåðõíîñòíûõ è âíóòðåííèõ òðåùèí ïðè ðàçëè÷íûõ îòíîøåíèÿõ R/S (R -ðàäèóñ îáîëî÷êè) è J c , ïîçâîëÿþùèõ îöåíèòü óðîâíè ïðåäåëüíîãî äàâëåíèÿ äëÿ áåçîïàñíîé ýêñïëóàòàöèè òîíêîñòåííûõ ñîñóäîâ.Êëþ÷åâûå ñëîâà: òîíêîñòåííûå ñîñóäû äàâëåíèÿ; ýêñïëóàòàöèîííàÿ äåôåêòíîñòü; ïîâåðõíîñòíàÿ è âíóòðåííÿÿ òðåùèíû; ìåõàíèêà ðàçðóøåíèÿ; òðåùèíîñòîéêîñòü; J-èíòåãðàë; óïðóãîïëàñòè÷åñêîå äåôîðìèðîâàíèå ìàòåðèàëà; ïðåäåëüíîå äàâëåíèå.