Концентраторами напряжений
Сигналы о склонности изготовленных ферм к хрупкому разрушению имелись еще до их монтажа. Стальные конструкции доставлялись на стройку из цеха металлоконструкций при низкой температуре воздуха (—40—45°С). Во время перевозки и хранения на складе в шести стропильных фермах бцли обнаружены хрупкие трещины. Из-за отсутствия на складе комбината нужных профилей металла сечение верхнего пояса 18 стропильных ферм выполнялось составным из двух уголков 140Х Х140ХЮ мм и горизонтальной полосы 250X10 мм, тогда как проектом предусматривалось сечение из двух уголков 180X180X12 мм. Полосу приваривали к уголкам кусками длиной 4,5 м, сваривали эти куски встык V-образным швом без подварки его корня; к тому же V-образные швы выводили из планки, поэтому в концах швов имелись кратеры и подрезы. Так через каждые 4,5 м по верхнему поясу ферм были созданы весьма большие концентраторы напряжений. При наложении продольных швов, соединяющих полосу с уголками, в местах поперечных швов их не прерывали, что вызывало в этих местах дополнительные сварочные напряжения.
4. Концентраторы напряжений в виде усиления сварных швов приводят к резкому снижению долговечности. Так для швов ЭДС долговечность снижается в 1,8 раз, ГПС - 1,6 раз по сравнению с долговечностью основного металла.
4. Концентраторы напряжений в виде усиления сварных швов приводят к резкому снижению долговечности. Так для швов ЭДС долговечность снижается в 1,8 раз, ГПС - 1,6 раз по сравнению с долговечностью основного металла.
' Дефекты и конструктивные концентраторы напряжений в элементах способствуют повышению уровня напряженности металла и, как следствие, снижению ресурса оборудования. Степень превышения напряжений из-за дефектов и концентраторов оценивают теоретическим коэффициентом концентрации напряжений ап:
В реальных условиях в элементах оборудования имеются различные конструктивные и технологические концентраторы напряжений, а в некото-
— силового, который учитывает напряженное состояние в точке контакта, нагрузку на контакте, концентраторы напряжений и т.п., начало трещинообразования.
Результаты исследований дакж возможность наметить основные мероприятия, предотвращающие ВО материалов. Прежде всего, при проектировании деталей двигателей, необходимо исключать зоны пластических деформаций (по крайней мере, более 0,5 %), непрова-ры в сварных соединениях, острые галтели, подрезы и другие интенсивные концентраторы напряжений. Целесообразно использовать сплавы аустенитного класса, невосприимчивые к ВО.
и оценить ресурс безопасной эксплуатации, в том числе и при аварийных режимах. Следует отметить, что значительное влияние на накопление повреждений (уравнения (12.19)-(12.23)), а следовательно, и ресурс оказывают как конструкционные факторы, включая концентраторы напряжений, так и технологические, определяемые базовыми механическими свойствами материала aB,aT,vFK,5K,m. Поэтому в связи с физико-механическими повреждениями материала в процессе эксплуатационного и аварийного нагружения, а также возможным зарождением и распространением трещин возникают задачи уточнения напряженно-деформированного состояния несущих элементов СТС.
Из всей системы приведенных выше данных вытекает, что в процессы деформирования и разрушения материала вовлекаются как внутренние, так и внешние его слои. При этом сопротивление разрушению, безопасность и ресурс конструкций существенно зависят от многих эксплуатационных и конструкционно-технологических факторов. К последним можно отнести упрочнение, защитные покрытия, текстуру материала, дефектность (поры, включения, не-провары, микротрещины и т.п.), конструкционные концентраторы напряжений, контактные взаимодействия и многое другое. Именно поэтому материаловедческие аспекты предотвращения и локализации катастрофических разрушений занимают одно из центральных мест в механике катастроф как при выборе материалов и технологий изготовления конструкций, так и на стадии расчетного анализа безопасности при аварийных ситуациях.
Внешний осмотр проводят с помощью лупы с увеличением до ХЮ. Выявленные места коррозии, износа, дефекты типа трещин обмеряют и фиксируют на схеме-развертке. Фиксируются также вмятины, забоины, концентраторы напряжений в виде подрезов у швов, утолщений швов, резких переходов от шва к металлу, смещения кромок и кратеров. Особое внимание обращают на зону швов, околошовную зону, зону опор, приварки штуцеров и места ранее выполненных ремонтов. Дефекты, не требующие для их устранения проведения ре-монтно-сварочных работ, выбираются до чистого металла.
Комиссия пришла к выводу, что причиной обрушения конструкций галереи склада агломерата явилось хрупкое разрушение уголков 200Х Х'200Х16 мм нижнего пояса главной фермы при температуре около —36°С из-за неудовлетворительного качества металла. Этому разрушению способствовало также низкое качество сварных швов в местах разрывов и наличие концентраторов напряжений в стыках при принятой конструкции узлов ферм (приварка вертикальных листов сечения поясов встык к фасонкам). Для хрупкого разрушения нижнего пояса фермы галереи имелись все необходимые условия: низкая температура (—36°С), металл, склонный к хрупкому разрушению (Ст.Зкп с высоким содержанием углерода), сварные швы с большими дефектами, а следовательно, и острыми концентраторами напряжений, достаточно высокие рабочие напряжения в нижнем поясе—1430 кгс/сл/2.
Перечисленные дефекты обусловливаются рядом причин, важнейшими из которых являются: амортизационный износ конструкций; хрупкость металла при низких температурах; дефекты в сварных швах (непровары, подрезы и пр.), являющиеся концентраторами напряжений; скопление большого количества сварных швов в отдельных узлах резервуара; нарушение технологии монтажа и сварки; неравномерные осадки (просадки) песчаных оснований; коррозия металла, возникающая вследствие хранения в резервуарах сернистой нефти или нефтепродуктов с по-
эксцентричного приложения к верхнему поясу вертикальных и горизонтальных нагрузок. Места перехода от пояса к стенке в сварной балке или от одной полки уголка к другой — в клепаной являются местами концентрации напряжений при кручении. В поясных уголках клепаных балок появляются характерные разрушения в виде продольных трещин не по сечениям, ослабленным заклепочными отверстиями, а в наиболее мощном неослабленном месте—у выкружек (рис.48). Такой же характер разрушения имеет место в швеллерах и двутаврах, образующих верхний пояс подкрановых ферм. Резкими концентраторами напряжений в сварных балках являются непровары поясных швов, щели между стенкой и поясом, возможные подрезы стенки у поясных швов, наплывы и тому подобные дефекты в сварных соединениях стенки с поясом.
Исследованиями А. С. Довженко [17] установлено, что основной причиной образования продольных усталостных трещин в наплавленном металле является непровар в месте примыкания стенки. к верхнему поясу. Концы непровара являются острыми концентраторами напряжений. Отсюда при воздействии местных повторных нагрузок от катков развиваются усталостные трещины, возникающие вследствие упругого отпора после значительного смятия; при прокатывании катков. Избежать трещин в верхних поясных швах подкрановых балок, где преобладают сжимающие напряжения, можно путем устранения непроваров.
Кроме упомянутых опасных дефектов на каждом километре старых нефтепроводов выявляются десятки вмятин и участков потери металла различных размеров и форм, которые считаются гладкими концентраторами напряжений. При высоких значениях коэффициентов концентрации напряжений, особенно при сочетании вмятин с местами значительной потери металла, возможно значительное снижение ресурса стали трубы.
Вопрос определения НДС достаточно хорошо изучен в теоретической постановке для тел простой формы. Аналитические решения для описания конструкций с концентраторами напряжений имеются для весьма ограниченного числа расчетных схем и, как правило, лишь в линейной упрощенной постановке задачи [2, 3].
Концентраторами напряжений в МК в первую очередь являются участки с резкими изменениями сечения элементов (сварные соединения, неплавное изменение размеров и формы конструктивных элементов, места примыкания к корпусу штуцеров, накладок, ребер жесткости и т.д.). Часто концентрация напряжений имеет место в сварных соединениях, содержащих дефекты различного вида - непровары, смещения и несплавления кромок, подрезы, наплывы, прожоги, поры, шлаковые включения, незаваренные кратеры и т.д.
Кроме упомянутых опасных дефектов на каждом километре старых нефтепроводов выявляются десятки вмятин и участков потери металла различных размеров и форм, которые считаются гладкими концентраторами напряжений. При высоких значениях коэффициентов концентрации напряжений, особенно при сочетании вмятин с местами значительной потери металла, возможно значительное снижение ресурса стали трубы.
Вопрос определения НДС достаточно хорошо изучен - в теоретической постановке для тел простой формы. Аналитические решения для описания конструкций с концентраторами напряжений имеются для весьма ограниченного числа расчетных схем и, как правило, лишь в линейной упрошенной постановке задачи [2, 3].
Концентраторами напряжений в МК в первую очередь являются участки с резкими изменениями сечения элементов (сварные соединения, неплавное изменение размеров и формы конструктивных элементов, места примыкания к корпусу штуцеров, накладок, ребер жесткости и т.д.). Часто концентрация напряжений имеет место в сварных соединениях, содержащих дефекты различного вида - непровары, смещения и несплавления кромок, подрезы, наплывы, прожоги, поры, шлаковые включения, незаваренные кратеры и т.д.
Оболочки резервуаров представляют, как правило, тонкостенные конструкции, толщина стенки которых значительно меньше ее других размеров и наименьшего радиуса кривизны. Далее, в основном, рассмотрены тонкостенные оболочки сосудов и резервуаров в форме тел вращения под действием внутреннего равномерного давления. Для расчета напряжений в таких конструкциях вдали от концентраторов напряжений используют соотношения безмоментной теории. Края оболочек, зоны вблизи подкрепляющих ребер - шпангоутов и сварных швов, отверстия в стенках, предназначенные для врезки люков, штуцеров-патрубков и трубопроводов, являются концентраторами напряжений, и для прочностного расчета используют различные приближения моментной теории, например, ос-
 Читайте далее:
 Конструкции аппаратов
Конструкции необходимо
Конструкции перекрытия
Конструкции промышленных
Конструкции выполненные
Конструкцию оборудования
Квазиоптимальных альтернативных
Конструктивных элементах
Конструктивных особенностей
Конструктивными особенностями
Конструктивным исполнением
Конструктивного исполнения
Конструктивном отношении
Конструкторских разработок
Конструкторской документацией
|
