Розрахунок на статичну міцність, опір крихкому руйнуванню та циклічну тріщиностійкість сталевих трубопроводів АЕС, не важливих для безпеки

Розроблено методику розрахункового обґрунтування статичної міцності, опору крихкому руйнуванню та розрахунку на циклічну тріщиностійкість сталевих трубопроводів з тріщинами, що знаходяться в експлуатації на АЕС і належать до систем, не важливих для безпеки....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2015
Hauptverfasser:	Матченко, Т.І., Шаміс, Л.Б., Первушова, Л.Ф.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України 2015
Schriftenreihe:	Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля
Schlagworte:	Проблеми безпеки атомних електростанцій
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/112845
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Розрахунок на статичну міцність, опір крихкому руйнуванню та циклічну тріщиностійкість сталевих трубопроводів АЕС, не важливих для безпеки / Т.І. Матченко, Л.Б. Шаміс, Л.Ф. Первушова // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2015. — Вип. 25. — С. 15-24. — Бібліогр.: 10 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-112845
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1128452017-01-29T03:02:28Z Розрахунок на статичну міцність, опір крихкому руйнуванню та циклічну тріщиностійкість сталевих трубопроводів АЕС, не важливих для безпеки Матченко, Т.І. Шаміс, Л.Б. Первушова, Л.Ф. Проблеми безпеки атомних електростанцій Розроблено методику розрахункового обґрунтування статичної міцності, опору крихкому руйнуванню та розрахунку на циклічну тріщиностійкість сталевих трубопроводів з тріщинами, що знаходяться в експлуатації на АЕС і належать до систем, не важливих для безпеки. Разработана методика расчетного обоснования статической прочности, сопротивления хрупкому разрушению и расчета на циклическую трещиностойкость стальных трубопроводов с трещинами, которые находятся в эксплуатации на АЭС и относятся к системам, не важным для безопасности. The technique of calculation justification static strength and resistance to brittle fracture based on cyclic crack resistance of steel pipes with cracks which are in operation at the NPP and which do not relate to systems important to safety. 2015 Article Розрахунок на статичну міцність, опір крихкому руйнуванню та циклічну тріщиностійкість сталевих трубопроводів АЕС, не важливих для безпеки / Т.І. Матченко, Л.Б. Шаміс, Л.Ф. Первушова // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2015. — Вип. 25. — С. 15-24. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. 1813-3584 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/112845 624.015:620.197 uk Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Проблеми безпеки атомних електростанцій Проблеми безпеки атомних електростанцій
spellingShingle	Проблеми безпеки атомних електростанцій Проблеми безпеки атомних електростанцій Матченко, Т.І. Шаміс, Л.Б. Первушова, Л.Ф. Розрахунок на статичну міцність, опір крихкому руйнуванню та циклічну тріщиностійкість сталевих трубопроводів АЕС, не важливих для безпеки Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля
description	Розроблено методику розрахункового обґрунтування статичної міцності, опору крихкому руйнуванню та розрахунку на циклічну тріщиностійкість сталевих трубопроводів з тріщинами, що знаходяться в експлуатації на АЕС і належать до систем, не важливих для безпеки.
format	Article
author	Матченко, Т.І. Шаміс, Л.Б. Первушова, Л.Ф.
author_facet	Матченко, Т.І. Шаміс, Л.Б. Первушова, Л.Ф.
author_sort	Матченко, Т.І.
title	Розрахунок на статичну міцність, опір крихкому руйнуванню та циклічну тріщиностійкість сталевих трубопроводів АЕС, не важливих для безпеки
title_short	Розрахунок на статичну міцність, опір крихкому руйнуванню та циклічну тріщиностійкість сталевих трубопроводів АЕС, не важливих для безпеки
title_full	Розрахунок на статичну міцність, опір крихкому руйнуванню та циклічну тріщиностійкість сталевих трубопроводів АЕС, не важливих для безпеки
title_fullStr	Розрахунок на статичну міцність, опір крихкому руйнуванню та циклічну тріщиностійкість сталевих трубопроводів АЕС, не важливих для безпеки
title_full_unstemmed	Розрахунок на статичну міцність, опір крихкому руйнуванню та циклічну тріщиностійкість сталевих трубопроводів АЕС, не важливих для безпеки
title_sort	розрахунок на статичну міцність, опір крихкому руйнуванню та циклічну тріщиностійкість сталевих трубопроводів аес, не важливих для безпеки
publisher	Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України
publishDate	2015
topic_facet	Проблеми безпеки атомних електростанцій
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/112845
citation_txt	Розрахунок на статичну міцність, опір крихкому руйнуванню та циклічну тріщиностійкість сталевих трубопроводів АЕС, не важливих для безпеки / Т.І. Матченко, Л.Б. Шаміс, Л.Ф. Первушова // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2015. — Вип. 25. — С. 15-24. — Бібліогр.: 10 назв. — укр.
series	Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля
work_keys_str_mv	AT matčenkotí rozrahunoknastatičnumícnístʹopírkrihkomurujnuvannûtaciklíčnutríŝinostíjkístʹstalevihtruboprovodívaesnevažlivihdlâbezpeki AT šamíslb rozrahunoknastatičnumícnístʹopírkrihkomurujnuvannûtaciklíčnutríŝinostíjkístʹstalevihtruboprovodívaesnevažlivihdlâbezpeki AT pervušovalf rozrahunoknastatičnumícnístʹopírkrihkomurujnuvannûtaciklíčnutríŝinostíjkístʹstalevihtruboprovodívaesnevažlivihdlâbezpeki
first_indexed	2025-07-08T04:44:55Z
last_indexed	2025-07-08T04:44:55Z
_version_	1837052614817087488
fulltext	ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 15 УДК 624.015:620.197 Т. І. Матченко, Л. Б. Шаміс, Л. Ф. Первушова ПАТ «Київський науково-дослідний та проектно-конструкторський інститут «Енергопроект», просп. Перемоги, 4, Київ, 01135, Україна РОЗРАХУНОК НА СТАТИЧНУ МІЦНІСТЬ, ОПІР КРИХКОМУ РУЙНУВАННЮ ТА ЦИКЛІЧНУ ТРІЩИНОСТІЙКІСТЬ СТАЛЕВИХ ТРУБОПРОВОДІВ АЕС, НЕ ВАЖЛИВИХ ДЛЯ БЕЗПЕКИ Розроблено методику розрахункового обґрунтування статичної міцності, опору крихкому руйнуванню та розрахунку на циклічну тріщиностійкість сталевих трубопроводів з тріщинами, що знаходяться в експлуата- ції на АЕС і належать до систем, не важливих для безпеки. Ключові слова: тріщиностійкість, міцність, трубопровід. Вступ Трубопроводи, що знаходяться в експлуатації на АЕС можна поділити на ті, що належать до систем, важливих для безпеки (СВБ), і ті, що належать до систем, не важливих для безпеки (СНБ). Методи виконання перевірочних розрахунків для трубопроводів СВБ викладено в [1, 2], методи ви- конання розрахунків трубопроводів СНБ на стійкість і статичну міцність викладено в [3], який чин- ний на території України. Але формули (18) і (19) [3] містять помилки. В актуальній версії цього до- кумента [8], який чинний у Росії, ці помилки виправлено. Метод виконання розрахунків трубопрово- дів СНБ на циклічну тріщиностійкість і опір крихкому руйнуванню не викладено в [3, 8]. Мета роботи - викласти співвідношення для розрахунку сталевих трубопроводів АЕС, не важ- ливих для безпеки, що знаходяться в експлуатації, на циклічну тріщиностійкість та опір крихкому руйнуванню. Основний зміст Розрахунок на статичну міцність Надземні (відкриті) трубопроводи слід перевіряти на міцність, поздовжню стійкість і витрива- лість [10] і на циклічну тріщиностійкість (коливання у вітровому потоці). Перевірку на міцність надземних трубопроводів слід виконувати виходячи із умови ( ) 13 ≤ynp Rψσ , (1) або за формулою 1 26,1 3min, 222 3 3 ≤ + +        ψγψγ cyn yx cyn RW MM RA N , (2) де 3ψ – коефіцієнт, який враховує двовісний напружений стан металу труби; при розтягуючих поздо- вжніх напруженнях уздовж осі труби ( 0≥npσ ) приймаємо таким, що дорівнює одиниці; при стиска- ючих напруженнях ( 0<npσ ) – визначаємо за формулою (з урахуванням, якщо розрахунковий опір uy RR > , то у формулі (1) замість yR слід приймати uR ): y 2 y 3 R 5,0 R 75,01 кцкц σσ ψ −        −= . (3) При розрахунках на витривалість або циклічну тріщиностійкість від динамічних впливів вітру величина yR зменшується внаслідок добутку на коефіцієнти, що визначаються відповідно до [9]. Розрахунок на опір крихкому руйнуванню Розрахунок на опір крихкому руйнуванню сталевих трубопроводів, що знаходяться в експлуа- тації і не важливих для безпеки АЕС, забезпечений у випадку виконання нерівностей за формулами: © Т. І. Матченко, Л. Б. Шаміс, Л. Ф. Первушова, 2015 Т. І. МАТЧЕНКО, Л. Б. ШАМІС, Л. Ф. ПЕРВУШОВА ________________________________________________________________________________________________________________________ ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 16 у випадку сумісної дії навантажень - маси трубопроводу, ізоляції, арматури та облаштувань, розташованих на трубопроводі, маси і внутрішнього тиску середовища, що транспортується, снігово- го, вітрового й ожеледного навантаження - за формулами ( ) ( ) ( )[ ] [ ]( ) ,1//4212,1 5.02 )6(5)6(5 5.0 ≤⋅−⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ ICcnomumtnfnfnu KtNdPPL γπγηπγηπγγ (4) ( ) ( )[ ][ ] [ ]( ) 1/16812,1 5.04225.0 ≤⋅⋅⋅⋅⋅ ICcnommtunu KtdTL γππγγ ; (5) у випадку сумісної дії навантажень - маси трубопроводу, ізоляції, арматури та облаштувань, розташованих на трубопроводі, впливу попередніх напружень трубопроводу (у тому числі пружного згину за заданим профілем), маси, внутрішнього тиску й температурного впливу середовища, що транспортується, впливу нерівномірних деформацій ґрунтів, снігового, вітрового й ожеледного нава- нтаження - за формулами ( ) ( ) ( )[ ] [ ]( ) ,1/ /48212,1 5.0 1 3 )6(5)6(5 5.0 ≤⋅ ⋅⋅±⋅−⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ ICcnom mtysmtumtnfnf Kt dMmdNdPPL γ πγηπγηπ (6) ( ) ( ) ( )[ ] [ ]( ) ,1/4812,1 5.0 2)6(5 5.0 ≤⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ IIICcnommtysnf KtdMmPL γπγηπ (7) ( ) ( ) ( )[ ][ ] [ ]( ) ,1/1212,1 5.04225.0 ≤⋅⋅⋅⋅ IICcnommty KtdTL γππ (8) у випадку випробувань і пропуску очисних пристроїв, при впливах, що викликають різкі по- рушення технологічного режиму, тимчасову несправність або руйнування обладнання, сейсмічних впливах (з урахуванням [7]), особливих режимах експлуатації за формулами ( ) [ ] [ ]( ) ,1/412,1 25.0 1 5.0 ≤⋅⋅⋅±⋅⋅ ICnommtysmty KtdMmdNL ππ (9) ( ) [ ] [ ]( ) ,1/412,1 25.0 2 5.0 ≤⋅⋅⋅⋅ IIICnommtys KtdMmL ππ (10) ( ) [ ]( ) ,1/1212,1 25.05.0 ≤⋅⋅⋅⋅⋅⋅ IICcnommty KtdTL γππ (11) де yM1 , yM 2 – відповідно розрахункові, згинаючі моменти симетричні та кососиметричні по відно- шенню до площини тріщини, у розглянутому перерізі трубопроводу від сумісної дії навантажень - ваги трубопроводу, ізоляції, арматури і облаштувань, розташованих на трубопроводі, впливу попере- дніх напружень трубопроводу (у тому числі пружного згину за заданим профілем), маси, внутрішньо- го тиску й температурного впливу середовища, що транспортується, впливу нерівномірних деформа- цій ґрунту, снігового, вітрового навантаження та від ожеледі; L – глибина проникнення тріщини в стінку трубопроводу; [ ]ICK , [ ]IICK , [ ]IIICK – критичні розрахункові значення коефіцієнтів інтенсив- ності напружень відповідно до нормального відриву (різновид І), поперечного зсуву (різновид ІІ), поздовжнього зсуві (різновид ІІІ), відповідно до рис. 1, характеристичні значення яких для прокату з вуглецевих та низьколегованих сталей і труб наведено в табл. 1 - 3; nP – тиск у трубопроводі; uR – розрахунковий опір сталі розтягу, стиску і згину за тимчасовим опором, який приймається таким, що має менше значення з двох: на початку експлуатації і на визначений час експлуатації з урахуванням коефіцієнтів надійності відповідно до [3]; yR – розрахунковий опір сталі розтягу, стиску і згину, за границею текучості, який приймається таким, що має менше значення з двох: на початку експлуатації і на визначений час експлуатації з урахуванням коефіцієнтів надійності відповідно до [3]; nγ – кое- фіцієнт надійності за призначенням трубопроводу; uγ – коефіцієнт надійності для труб і з’єднуючих деталей у розрахунках для сполучення навантажень; cγ – коефіцієнт умов роботи трубопроводу; η – коефіцієнт несучої здатності труб і деталей з’єднання; fiγ – коефіцієнт надійності за навантажен- ням; mtd – середній діаметр труби та з’єднуючих деталей; sm – коефіцієнт інтенсивності напружень; nomt – залишкова товщина стінки труби деталей поєднання на час експлуатації (τ ) з урахуванням корозії: ytt nomnom −== )0()( ττ , (12) де y – глибина корозії, яка визначається при обстеженні або приймається за [4]. РОЗРАХУНОК НА СТАТИЧНУ МІЦНІСТЬ, ОПІР КРИХКОМУ РУЙНУВАННЮ ________________________________________________________________________________________________________________________ ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 17 Значення перелічених умовних позначень приймаються відповідно до [3]. Рис. 1. Різновиди переміщення берегів тріщин і відповідно різновиди руйнувань (І - нормального відриву, ІІ - поздовжнього зсуву, ІІІ – поперечного зсуву) Правило визначення допустимих розрахункових значень критичного коефіцієнта інтенсивності напружень для руйнування нормальним відривом [ ]ICK ICK – характеристичні значення критичного коефіцієнта інтенсивності напружень для руйну- вання нормальним відривом з довірчою ймовірністю α = 0,5 наведено в табл. 1 для профілів і листів і в табл. 2 і 3 для труб. Механічні характеристики основного металу на початку експлуатації для марок конструкційних сталей, за значеннями яких визначається витривалість і циклічна тріщиностійкість, визначених з довірчою ймовірністю α = 0,5, наведено в табл. 1. Значення коефіцієнтів в’язкості руй- нування (критичних коефіцієнтів інтенсивності напружень) нормального відриву ( ICK ) з довірчою ймовірністю α = 0,5 на початку експлуатації ( 0=t ) сталей, що використовуються в трубах діаметром D від 60 до 530 мм, наведено в табл. 2. Значення коефіцієнтів в’язкості руйнування (критичних кое- фіцієнтів інтенсивності напружень) нормального відриву ( ICK ) сталей з довірчою ймовірністю α = 0,5 на початку експлуатації ( 0=t ), що використовуються в трубах великого діаметра, наведено в табл. 3. Таблиця 1 Марка сталі Товщина прокату, мм Відносне подовження після розри- ву A, % Відносне звуження після роз- риву Z, % В’язкість руйнування ICK , МПа·м1/2 Поріг напруженості thK , МПа·м1/2 Циклічна тріщинотривкість cfK , МПа·м1/2 10 Від 4 до 20 24 62,2 105 8,4 67 20 -/- 21 60,4 117 9,4 71 35 -/- 17 58,0 134 11,0 77 45 -/- 14 55,0 144 11,5 78 10Г2 -/- 21 60,4 140 11,2 85 20Х -/- 16 57,0 103 8,2 58 40Х -/- 9 47,5 80 6,4 40 30ХГСА -/- 11 51,5 60 4,8 31 15ХМ -/- 21 60,4 132 10,5 80 30ХМА -/- 13 54,0 120 9,6 64 12ХН2 -/- 14 55,0 103 8,2 56 Ст1кп -/- 23 61,5 82 6,5 51 Ст1пс -/- 23 61,5 82 6,5 51 Ст1сп -/- 23 61,5 85 6,8 53 Ст2кп -/- 22 60,9 72 5,7 44 Ст2пс -/- 22 60,9 74 5,9 45 Ст2сп -/- 22 60,9 120 9,6 74 Ст3кп -/- 20 60,0 93 7,4 56 Ст3пс -/- 18 59,0 120 9,6 70 Ст3сп -/- 18 59,0 80 6,4 46 Ст4кп -/- 18 59,0 85 6,8 47 Ст4пс -/- 18 59,0 85 6,8 47 Ст4сп -/- 18 59,0 115 9,2 67 Т. І. МАТЧЕНКО, Л. Б. ШАМІС, Л. Ф. ПЕРВУШОВА ________________________________________________________________________________________________________________________ ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 18 ВСт2кп -/- 22 60,9 72 5,7 44 ВСт2пс -/- 22 60,9 74 5,9 45 ВСт2сп -/- 22 60,9 74 5,9 45 ВСт3кп -/- 20 60,0 93 7,4 56 ВСт3пс -/- 18 59,0 80 6,4 46 ВСт3сп -/- 18 59,0 80 6,4 46 Ст5сп -/- 17 58,0 131 10,5 75 Ст6сп -/- 14 55,0 150 12,0 82 08Ю -/- 18 59,0 74 5,9 43 08сп -/- 18 59,0 74 5,9 43 08кп -/- 18 59,0 74 5,9 43 08 -/- 18 59,0 74 5,9 43 10кп -/- 15 56,0 71 5,7 40 10пс -/- 15 56,0 71 5,7 40 15кп -/- 14 55,0 80 6,4 43 15пс -/- 14 55,0 80 6,4 43 15 -/- 14 55,0 80 6,4 43 20кп -/- 14 55,0 80 6,4 43 20пс -/- 14 55,0 80 6,4 43 22ГЮ -/- 15 56,0 100 8,0 56 Таблиця 2 Марка сталі за ГОСТ 10705-80 Товщина стін- ки труби, мм D від 60 до 152 мм D від 152 до 244,5 мм D від 244,5 до 377 мм D від 377 до 530 мм 08сп, 08кп, 08 6 і менше 89 - - - 10кп, 10пс, 10 більше 6 - 86 86 86 Ст1кп, Ст1пс 6 і менше 103 - - - Ст1сп, 6 і менше 99 - - - Ст2кп, 20 більше 6 - 86 86 86 Ст2кп, 20 6 і менше 116 - - - Ст2пс, Ст2сп 6 і менше 115 - - - Ст2пс, Ст2сп більше 6 - 89 89 92 15кп, 15пс, 15, 20пс, 20кп, 20 6 і менше 133 104 104 115 15кп, 15пс, 15, 20пс, 20кп, 20 більше 6 - 96 96 99 Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп 6 і менше 128 196 106 112 Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп більше 6 - 96 96 96 Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп 6 і менше 143 119 127 130 Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп більше 6 - 102 107 111 22ГЮ усі розміри 120 120 120 120 Таблиця 3 Марка сталі за ГОСТ 8731-74 Характеристичні значення (КIC), МПа·м1/2 Марка сталі за ГОСТ 8731-74 Характеристичні значення (КIC), МПа·м1/2 Марка сталі за ГОСТ 8731-74 Характеристи- чні значення (КIC), МПа·м1/2 10 127 10Г2 168 30ХМА 144 20 141 20Х 124 12ХН2 124 35 161 40Х 97 Ст4сп 138 45 173 30ХГСА 74 Ст5сп 158 15ХМ 160 - - - - У свою чергу ICIIIC KK ×≈ 2 , ICIIC KK ×≈ 3 . РОЗРАХУНОК НА СТАТИЧНУ МІЦНІСТЬ, ОПІР КРИХКОМУ РУЙНУВАННЮ ________________________________________________________________________________________________________________________ ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 19 Розрахункові значення [ ]ICK і [ ]IIICK визначаються за формулами [ ] ( ) ikICIC TTTFKK γ∆+−⋅= , (13) [ ] ( ) ikIICIIC TTTFKK γ∆+−⋅= , (14) [ ] ( ) ikIIICIIIC TTTFKK γ∆+−⋅= , (15) де iγ – коефіцієнт надійності, значення якого залежить від розрахункового випадку. Для нормальних умов експлуатації 1=i , 2,1=iγ ; для порушення нормальних умов експлуатації (ПНУЕ) 2=i , 15,1=iγ ; для аварійної ситуації (АС) 3=i , 1=iγ . ( )TTTF k ∆+− – функція залежності [ ]ICK , [ ]IICK , [ ]IIICK від температури (T ) експлуатації і від температури в’язко-крихкого переходу ( kT ). Для конструкційних сталей ( ) [ ]( ) 72,327,21 02,0 TTT k keTTTF ∆+−⋅+=∆+− . (16) Для нормальних умов експлуатації (НУЕ) T∆ = +300 0С; для порушення нормальних умов експлуатації (ПНУЕ) T∆ = +30 0С; для АС T∆ = 0 0С. Критична температура крихкості сталей визначається за формулою FNtkk TTTTT ∆+∆+∆+= 0 , (17) де 0kT – критична температура крихкості сталі на початку експлуатації. Для приведених співвідно- шень і значень ICK в табл. 2 приймаємо 00 =kT ; tT∆ – додатковий зсув критичної температури кри- хкості внаслідок температурного старіння сталі, при температурах T = +250-350 0С допускається приймати 0=∆ tT ; NT∆ – додатковий зсув критичної температури крихкості внаслідок циклічного пошкодження; FT∆ – додатковий зсув критичної температури крихкості сталі внаслідок впливу ней- тронного опромінення. Допускається визначати NT∆ за формулою [ ]∑=∆ iiiN NNmT /20 , (18) де iN – кількість циклів навантаження при і-му режимі експлуатації; [ ]iN – допустима кількість ци- клів навантаження при і-му режимі експлуатації; m – кількість режимів експлуатації. Допускається визначати значення FT∆ за формулою ( ) 31 0FFAT FF =∆ , (19) Формула справедлива в межах 2422 10310 ⋅≤≤ F нейтрон/м2, де FA – коефіцієнт радіаційного окри- хчування, 0С; F – флюенс нейтронів з 5,0≥E МеВ, нейтрон/м2; 22 0 10=F нейтрон/м2. Розрахунок трубопроводів на циклічну тріщиностійкість Під живучістю трубопроводу з тріщиною розуміють довговічність від миті зародження пер- шої макроскопічної тріщини втоми в зоні сплавлення металу розміром від 0,2-0,5 мм та можливе по- дальше її зростання до критичної довжини ( KL ), при якій відбувається остаточне руйнування зварно- го з’єднання (крихке руйнування). При розрахунках на довговічність або за другою групою критичних станів умова крихкого не руйнування елемента конструкції з тріщиною визначається залежностями: CII KK ≤ , CIIII KK ≤ , CIIIIII KK ≤ , ( ) ( ) ( )( ) 1/// 5.0222 ≤++ CIIIIIICIIIICII KKKKKK , ( ) ( )( ) 1// 5.022 ≤+ CIIIIIICII KKKK , (20) ( ) ( )( ) 1// 5.022 ≤+ CIIIIIICIIII KKKK , ( ) ( )( ) 1// 5.022 ≤+ CIIIICII KKKK , Т. І. МАТЧЕНКО, Л. Б. ШАМІС, Л. Ф. ПЕРВУШОВА ________________________________________________________________________________________________________________________ ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 20 де IK , IIK , IIIK – коефіцієнти інтенсивності напруг відповідно для тріщин нормального відриву, поперечного і поздовжнього зсуву; CIK , CIIK , CIIIK – характеристичні значення критичних коефіцієнтів інтенсивності напруг відповід- но для тріщин нормального відриву, поперечного і поздовжнього зсуву. При розрахунках на визначення ресурсу, або за другою групою критичних станів (зокрема в розрахунках на крихку міцність) слід користуватися розрахунковими значеннями критичних коефіці- єнтів інтенсивності напруг. Розрахункові значення критичних коефіцієнтів інтенсивності напруг визначаються залежнос- тями: [ ] γCICI KK = , [ ] γCIICII KK = , [ ] γCIIICIII KK = , (21) де [ ]CIK , [ ]CIIK , [ ]CIIIK – розрахункові значення критичних коефіцієнтів інтенсивності напруг; γ – коефіцієнт надійності. Тріщина, яка виникає внаслідок несиметричного згину по відношенню до тріщини трубопро- воду переважно є тріщиною поперечного зсуву і вона характеризується коефіцієнтами інтенсивності напруг IIK : ( ) 2 5.0 YLK II ⋅= πτ , (22) ( ) ( )[ ]2sin12sin 2 2 αα +=Y . (23) Тріщина, яка виникає внаслідок кручення трубопроводу переважно є тріщиною поздовжнього зсуву і вона характеризується коефіцієнтами інтенсивності напруг IIIK : ( ) 3 5.0 YLK III ⋅= πτ , (24) ( ) ( )[ ] 5.0 3 2/2 απαπ ⋅⋅⋅= tgY , (25) BL /2=α , (26) де τ – дотичні напруження в зоні виникнення тріщини, МПа; L – довжина тріщини, м; B – товщина листа або стінки профілю, м. Для навантажень трубопроводу поздовжньою силою або симетричними по відношенню до тріщини згинальними моментами тріщина, що виникла, переважно є тріщиною нормального відриву, і вона характеризується коефіцієнтами інтенсивності напруг IK . Умова незростання тріщини нормального відриву при циклічному навантаженні визначається залежністю thII KK ≤ , (27) де thIK – поріг циклічної тріщиностійкості для тріщини нормального відриву. Умова незростання тріщини поперечного і поздовжнього зсуву при циклічному навантаженні визначається залежністю thIIII KK ≤ , (28) thIIIIII KK ≤ , (29) де thIIK – поріг циклічної тріщиностійкості для тріщини поперечного зсуву; thIIIK – поріг циклічної тріщиностійкості для тріщини поздовжнього зсуву. Умова стаціонарного (не прискореного) циклічного зростання тріщини нормального відриву визначається залежністю cfII KK ≤ , (30) де cfIK – межа циклічної тріщиностійкості для тріщини нормального відриву. Умови стаціонарного (не прискореного) циклічного зростання тріщини поперечного або поз- довжнього зсуву визначаються залежностями cfIIII KK ≤ , (31) cfIIIIII KK ≤ , (32) РОЗРАХУНОК НА СТАТИЧНУ МІЦНІСТЬ, ОПІР КРИХКОМУ РУЙНУВАННЮ ________________________________________________________________________________________________________________________ ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 21 де cfIIK – межа циклічної тріщиностійкості для тріщини поперечного зсуву; cfIIIK – межа циклічної тріщиностійкості для тріщини поздовжнього зсуву. Для визначення тріщиностійкості треба, насамперед, визначити з якою швидкістю може під- ростати тріщина і коли (через яке число циклів навантаження) вона сягне критичного розміру. За швидкість зростання тріщини втомленості (ШЗТВ) приймають змінну довжину ( l ) тріщини за один цикл обтяжування (навантаження) dNdL / . Ця величина характеризує опір поширюванню тріщини втомленості (ТВ). Загалом напруження в околі вістря тріщини повністю визначається значенням напруженості тріщини коефіцієнтами інтенсивності напружень трьох різновидів IK , IIK , IIIK (нормального від- риву; поперечного зсуву; поздовжнього зсуву). Дослідно встановлено, що ШЗТВ є функцією коефіці- єнтів інтенсивності напружень iK відповідного різновиду. Графік цієї функції в логарифмічній сис- темі координат називають кінетичною діаграмою втомного руйнування. Ця діаграма являє собою S- подібну криву, яка розташована між пороговою напруженістю тріщини thK і межею циклічної трі- щинотривкості cfK . Порогове значення thK відповідає такому найбільшому значенню maxK (або thK∆ ), МПа·м1/2, за якого тріщина не зростає протягом 106 циклів і збільшення якого на 3 % спричиняє зростання її зі швидкістю, що не перевищує 3·10-7 мм/цикл. Як правило, thK ( thK∆ ) визначають за умови 810/ −<⋅ NddL мм/цикл. Величина cfK характеризує циклічну тріщинотривкість. Значення коефіцієнтів CIK , CIIK , CIIIK , thIK , thIIK , thIIIK , cfIK , cfIIK , cfIIIK приймаються за результатами випробувань зразків, узятих із конструкцій труби або фасонки. Зразки повинні містити в собі елемент, в якому утворилося тріщина. Для металу труби або фасонки значення коефіцієнтів CIIK , CIIIK , cfIIK , cfIIIK можна вираху- вати за наближеними залежностями CICII KK 3≈ , CICIII KK 2≈ , (33) ( ) CIIcfII KAK 2,0/3,07,06,0 +≈ , ( ) CIIIcfIII KAK 2,0/3,07,06,0 +≈ , (34) де A – відносне видовження зразка з металу після його розриву; Коефіцієнти thIK = thIIK = thIIIK (вираховуються за даними табл. 4) і за формулою 1/1,0 SKK CIthI = (35) Таблиця 4 Характеристика оброблення поверхні елемента конструкції Висота нерівностей поверхні, мкм Значення коефіцієнта S1 Полірування 0,5 - 1,0 1 Чистове шліфування 1,5 - 2,0 1,0625 Шліфування 2,5 - 5,0 1,125 Чистове обточування, прокат 5,5 - 10,5 1,25 Грубе обточування, корозійні плями 10,5 - 30,0 1,5 Стругання, корозійне лущення 35,0 - 80,0 2,0 Для трубопроводів, що тривалий час експлуатуються, і у випадку, коли відбулося старіння сталі, значення відносного подовження зразка після його розриву )(tA можна визначити за його тве- рдістю за Віккерсом (HV) за методикою, викладеною в роботі [6]. Кінетичну діаграму втомного руйнування показано на рис. 2. Діаграма має три характерні ділянки. На ділянці 1 амплітуди нормальних або дотичних на- пружень і ШЗВТ невеликі ( 5105/0 −⋅<< dNdL мм/цикл); на цій ділянці thKK <∆ . Середня ділянка 2 має вигляд прямої лінії і відповідає помірним значенням ШЗВТ ( 35 10/10 −− << dNdL мм/цикл). Для ділянки 2 швидкість зростання тріщини з достатньою точністю визначається залежністю: Т. І. МАТЧЕНКО, Л. Б. ШАМІС, Л. Ф. ПЕРВУШОВА ________________________________________________________________________________________________________________________ ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 22 для тріщин нормального відриву: ( )[ ] 15.0 11 1// n I RKCdNdL ⋅ −∆= , (36) для тріщин поперечного зсуву: ( )[ ] 25.0 22 1// n II RKCdNdL ⋅ −∆= , (37) для тріщин поздовжнього зсуву: ( )[ ] 35.0 33 1// n III RKCdNdL ⋅ −∆= , (38) де SKn CI ⋅−≈ 01,052,41 , SKn CII ⋅−≈ 01,052,42 , SKn CIII ⋅−≈ 01,052,43 , S – коефіцієнт який дорівнює 1 і виміряється в 1/МПа·м1/2. max,min,1 / II KKR = , (39) max,min,2 / IIII KKR = , (40) max,min,3 / IIIIII KKR = , (41) min,max, III KKK −=∆ , (42) min,max, IIIIII KKK −=∆ , (43) min,max, IIIIIIIII KKK −=∆ . (44) При відсутності експериментальних даних у першому приближенні можна прийняти ( ) ( ) 153 1 /1010 n thIcfI KKC −−= −− , (45) ( ) ( ) 253 2 /1010 n thIIcfII KKC −−= −− , (46) ( ) ( ) 353 3 /1010 n thIIIcfIII KKC −−= −− , (47) де 1C , 2C , 3C – коефіцієнти, що вимірюються в (мм/цикл)/(МПа·м1/2)n; thIK , thIIK , thIIIK вимірю- ються в МПа·м1/2; 53 1010 −− − – діапазон швидкостей зростання тріщини для другої ділянки на діаг- рами втомного руйнування поздовжнього зсуву, мм/цикл. Рис. 2. Кінетична діаграма втомного руйнування (циклічного зростання тріщини) нормального відриву Коефіцієнти інтенсивності напруг max,IIIK , min,IIIK можна вирахувати за формулами ( )( ) KзалIII YLK 5.0 minmin, ⋅+= πττ , (48) ( )( ) KзалIII YLK 5.0 maxmax, ⋅+= πττ , (49) РОЗРАХУНОК НА СТАТИЧНУ МІЦНІСТЬ, ОПІР КРИХКОМУ РУЙНУВАННЮ ________________________________________________________________________________________________________________________ ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 23 де залτ – залишкові напруження у зварному з’єднанні, МПа; KY – функція форми тріщини, яка визна- чається відповідно до формули 432 1408,1333,74,112,1 bbbbYK +−+−= , (50) де BLb /= , B – товщина стінки фасонки або труби з урахуванням корозії. На високоамплітудній ділянці номер III ШЗВТ різко зростає при ∗∆≤∆< KKKcfI , (51) ∗∆≤∆< KKKcfII , (52) ∗∆≤∆< KKKcfIII , (53) де CIKK ∆=∆ ∗ , або CIIKK ∆=∆ ∗ , або CIIIKK ∆=∆ ∗ . При CIKK ∆=∆ , або CIIKK ∆=∆ , або CIIIKK ∆=∆ припиняється циклічне збільшення довжини тріщини і вона переходить у неконтрольо- ване лавиноподібне руйнування фасонки або труби. Спрощено можна всю діаграму втомного руйнування подати у вигляді похилої прямої лінії в логарифмічних координатах, обмеженої значеннями порогового і критичного розмаху K∆ . Кількість циклів навантаження до руйнування для тріщин нормального відриву визначається залежністю ( ) ( ) ( )( ) ]2/[12 11 2/1 1 2/1 0 2/ 1 πσ nn k nn YnCLLRN ⋅∆−−−= −− . (54) Для тріщин поперечного або поздовжнього зсуву кількість циклів навантаження до руйнуван- ня визначається залежністю ( ) ( ) ( )( ) ]2/[12 22 2/1 2 2/1 0 2/ 2 πσ nn k nn YnCLLRN ⋅∆−−−= −− , (55) ( ) ( ) ( )( ) ]2/[12 33 2/1 3 2/1 0 2/ 3 πσ nn k nn YnCLLRN ⋅∆−−−= −− , (56) де 0L – початкова довжина тріщини, яка виявлена під час обстеження, мм; 1kL , 2kL , 3kL – критична довжина тріщини, при якій відбудеться руйнування труби або фасонки, мм. ( ) πσ //1000 2 max1 CIk KL = , (57) ( ) πσ //1000 2 max2 CIIk KL = , (58) ( ) πσ //1000 2 max3 CIIIk KL = . (59) У формулах 1000 – коефіцієнт для переходу, мм, якщо CIK , CIIK , CIIIK виміряються в МПа·м1/2. Висновки У результаті проведеної роботи запропоновано просту у використанні інженерну методику, яка дає змогу розрахувати статичну міцність, циклічну тріщиностійкість та опір крихкому руйнуван- ню сталевих трубопроводів, що знаходяться під впливом циклічного вітрового та температурного навантаження й тривалий термін експлуатуються. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. ПНАЭ Г-7-002-86 Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок / Госатомэнергонадзор СССР. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 525 с. 2. ПНАЭ Г-5-006-87 Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций / ВГНИПИ "Атомэнергопро- ект". - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 19 с. 3. СНиП 2.04.12-86 Расчет на прочность стальных трубопроводов / Госстрой СССР. - М., 1986. – 18 с. 4. Матченко Т.І., Шаміс Л.Б., Матченко П.Т., Первушова Л.Ф. Методика оцінки корозійного ресурсу звар- них з’єднань конструкційних сталей // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. - 2010. - Вип. 14. - С. 78 - 84. 5. Матченко Т.І., Шаміс Л.Б., Первушова Л.Ф. Методика оцінки довговічності трубопроводів АЕС // Про- блеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. - 2010. - Вип. 14. - С. 57 - 68. 6. РД ЭО 0027-94 Инструкция. Определение характеристик механических свойств металла оборудования АЭС безобразцовым методом по характеристикам твердости. 1994. 7. Матченко П.Т. Методика врахування старіння несучих конструкцій і основ в розрахунках будівель і спо- руд на сейсмічні дії // Будівництво України. – 2012. - № 5. - С. 31 - 35. Т. І. МАТЧЕНКО, Л. Б. ШАМІС, Л. Ф. ПЕРВУШОВА ________________________________________________________________________________________________________________________ ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2015 ВИП. 25 24 8. СП 33.13330.12. Свод правил. Расчет на прочность стальных трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 2.04.12-86. – М.: Минрегион России, 2013. - 22 с. 9. ДБН В.2.6-198:2014. Сталеві конструкції. Норми проектування. – К.: Міністерство регіонального розвитку, будівництва та житлово-комунального господарства України, 2014. – 199 с. 10. Матченко Т.І., Шаміс Л.Б., Матченко П.Т. Розрахунок зварних з’єднань елементів сталевих конструкцій на витривалість і циклічну тріщиностійкість // Будівництво України. – 2015. - №1. - С. 37 - 44. Т. И. Матченко, Л. Б. Шамис, Л. Ф. Первушова ПАО «Киевский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт «Энергопроект», просп. Победы, 4, Киев, 01135, Украина РАСЧЕТ НА СТАТИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ, СОПРОТИВЛЕНИЕ ХРУПКОМУ РАЗРУШЕНИЮ И ЦИКЛИЧЕСКУЮ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ СТАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ АЭС, НЕ ВАЖНЫХ ДЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ Разработана методика расчетного обоснования статической прочности, сопротивления хрупкому раз- рушению и расчета на циклическую трещиностойкость стальных трубопроводов с трещинами, которые нахо- дятся в эксплуатации на АЭС и относятся к системам, не важным для безопасности. Ключевые слова: трещиностойкость, прочность, трубопровод. T. I. Matchenko, L. B. Shamis, L. F. Pervushova Public Company Kyiv Scientific-Research and Design Institute «Energoprojekt», Peremogy pr., 4, Kyiv, 01135, Ukraine CALCULATION OF STATIC STRENGTH RESISTANCE TO BRITTLE FRACTURE AND CYCLIC CRACK RESISTANCE OF STEEL PIPE NPP NOT IMPORTANT TO SAFETY The technique of calculation justification static strength and resistance to brittle fracture based on cyclic crack resistance of steel pipes with cracks which are in operation at the NPP and which do not relate to systems important to safety. Keywords: crack, strength, pipeline. REFERENCES 1. PNAE G-7-002-86 The norms for calculation of the strength of the equipment and pipelines of nuclear power plants / Gosatomenergonadzor USSR. - Мoskva: Energoatomizdat, 1989. - 525 P. (Rus) 2. PNAE G -5-006-87 Earthquake-resistant design norms of nuclear power / VGNIPI "Atomenergoproet". - Мos- kva: Energoatomizdat, 1989. - 19 P. (Rus) 3. SNiP 2.04.12-86 Strength calculation of steel pipe / Gosstroj USSR. - Мoskva, 1986. – 18 P. (Rus) 4. Matchenko T. I., Shamis L. B., Matchenko P. T., Pervushova L. F. Estimation procedure of the corrosive resource of the welded joints in constructional steel // Problemy bezpeky atomnyh electrostantsiy i Chornobylya (Prob- lems of Nuclear Power Plants' Safety and of Chornobyl). - 2010. - Iss. 14. - P. 78 - 84. (Ukr) 5. Matchenko T. I., Shamis L. B., Pervushova L. F. Longevity evaluation procedure of pipelines of NPP // Problemy bezpeky atomnyh electrostantsiy i Chornobylya (Problems of Nuclear Power Plants' Safety and of Chornobyl). - 2010. - Iss. 14. - P. 57 - 68. (Ukr) 6. RD EO 0027-94 Instructions. Determination of mechanical properties of metal NPP equipment by the character- istics of hardness. 1994. (Rus) 7. Matchenko P. T. Methods of using aging supporting structures and foundations in the calculation of buildings and structures on seismic effects // Budivnytstvo Ukrainy. – 2012. - № 5. - P. 31 - 35. (Ukr) 8. SP 33.13330.12. Rulebook. Strength calculation of steel pipe. The updated edition of SNiP 2.04.12-86. – Мoskva: Minregion Rossii, 2013. - 22 P. (Rus) 9. DBN V.2.6-198:2014. Steel structures. Design norms. – Кyiv: Ministry of Regional Development, Construction and Housing and Communal Services of Ukraine, 2014. – 199 P. (Ukr) 10. Matchenko T. I., Shamis L. B., Matchenko P. T. Calculation of welded elements of steel constructions on endur- ance and cyclic crack // Budivnytstvo Ukrainy. – 2015. - № 1. - P. 37 - 44. (Ukr) Надійшла 12.05.2015 Received 12.05.2015

Розрахунок на статичну міцність, опір крихкому руйнуванню та циклічну тріщиностійкість сталевих трубопроводів АЕС, не важливих для безпеки

Institution

Ähnliche Einträge