Анализ методом линий скольжения вязкой прочности сварного соединения с подрезом прямошовных труб большого диаметра

Исследовано напряженное состояние неоднородного сварного соединения с прослойкой из более прочного материала под действием растягивающей нагрузки. Предполагается, что на контактной границе имеет место трещиноподобный поверхностный дефект. Получены аналитические выражения величины разрушающего уси...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2004
Hauptverfasser:	Дильман, В.Л., Остсемин, А.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України 2004
Schriftenreihe:	Проблемы прочности
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47092
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:	Анализ методом линий скольжения вязкой прочности сварного соединения с подрезом прямошовных труб большого диаметра / В.Л. Дильман, А.А. Остсемин // Проблемы прочности. — 2004. — № 3. — С. 72-82. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-47092
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-470922013-07-09T20:42:03Z Анализ методом линий скольжения вязкой прочности сварного соединения с подрезом прямошовных труб большого диаметра Дильман, В.Л. Остсемин, А.А. Научно-технический раздел Исследовано напряженное состояние неоднородного сварного соединения с прослойкой из более прочного материала под действием растягивающей нагрузки. Предполагается, что на контактной границе имеет место трещиноподобный поверхностный дефект. Получены аналитические выражения величины разрушающего усилия в зависимости от механической неоднородности соединения, толщины прослойки и глубины дефекта. Установлено, при какой максимальной глубине соединение нечувствительно к дефекту. Теоретические результаты являются новыми и согласуются с экспериментальными данными, полученными при исследовании образцов, вырезанных из трубы из стали 14ХГС. Досліджено напружений стан неоднорідного з’єднання з прошарком із більш міцного матеріалу під дією розтяжного навантаження. Припускається, що на контактній границі має місце тріщиноподібний поверхневий дефект. Отримано аналітичні вирази величини руйнівного зусилля в залежності від механічної неоднорідності з’єднання, товщини прошарку та глибини дефекту. Установлено, за якої максимальної глибини з’єднання нечутливе до дефекту. Теоретичні результати є новими і узгоджуються з експериментальними даними, що отримані при випробуванні зразків із труби зі сталі 14ХГС. We have studied the stressed state of heterogeneous welded joint with high-strength interlayer under tensile loading conditions. Existence of crack-type surface defect on the layers’ interface is postulated. We obtained analytical dependencies of the breaking load levels from the welded joint mechanical heterogeneity, interlayer thickness and defect depth. We identified the maximal defect depth which corresponds to the joint insusceptibility to such defect. The analytical results are innovative and show good correlation with the experimental data obtained on specimens cut from 14KhGS steel tube. 2004 Article Анализ методом линий скольжения вязкой прочности сварного соединения с подрезом прямошовных труб большого диаметра / В.Л. Дильман, А.А. Остсемин // Проблемы прочности. — 2004. — № 3. — С. 72-82. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47092 621.791:539.4 ru Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Дильман, В.Л. Остсемин, А.А. Анализ методом линий скольжения вязкой прочности сварного соединения с подрезом прямошовных труб большого диаметра Проблемы прочности
description	Исследовано напряженное состояние неоднородного сварного соединения с прослойкой из более прочного материала под действием растягивающей нагрузки. Предполагается, что на контактной границе имеет место трещиноподобный поверхностный дефект. Получены аналитические выражения величины разрушающего усилия в зависимости от механической неоднородности соединения, толщины прослойки и глубины дефекта. Установлено, при какой максимальной глубине соединение нечувствительно к дефекту. Теоретические результаты являются новыми и согласуются с экспериментальными данными, полученными при исследовании образцов, вырезанных из трубы из стали 14ХГС.
format	Article
author	Дильман, В.Л. Остсемин, А.А.
author_facet	Дильман, В.Л. Остсемин, А.А.
author_sort	Дильман, В.Л.
title	Анализ методом линий скольжения вязкой прочности сварного соединения с подрезом прямошовных труб большого диаметра
title_short	Анализ методом линий скольжения вязкой прочности сварного соединения с подрезом прямошовных труб большого диаметра
title_full	Анализ методом линий скольжения вязкой прочности сварного соединения с подрезом прямошовных труб большого диаметра
title_fullStr	Анализ методом линий скольжения вязкой прочности сварного соединения с подрезом прямошовных труб большого диаметра
title_full_unstemmed	Анализ методом линий скольжения вязкой прочности сварного соединения с подрезом прямошовных труб большого диаметра
title_sort	анализ методом линий скольжения вязкой прочности сварного соединения с подрезом прямошовных труб большого диаметра
publisher	Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
publishDate	2004
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47092
citation_txt	Анализ методом линий скольжения вязкой прочности сварного соединения с подрезом прямошовных труб большого диаметра / В.Л. Дильман, А.А. Остсемин // Проблемы прочности. — 2004. — № 3. — С. 72-82. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Проблемы прочности
work_keys_str_mv	AT dilʹmanvl analizmetodomlinijskolʹženiâvâzkojpročnostisvarnogosoedineniâspodrezomprâmošovnyhtrubbolʹšogodiametra AT ostseminaa analizmetodomlinijskolʹženiâvâzkojpročnostisvarnogosoedineniâspodrezomprâmošovnyhtrubbolʹšogodiametra
first_indexed	2025-07-04T06:44:29Z
last_indexed	2025-07-04T06:44:29Z
_version_	1836697749888696320
fulltext	УДК 621.791:539.4 Анализ методом линий скольжения вязкой прочности сварного соединения с подрезом прямошовных труб большого диаметра В. Л. Дильман, А. А. Остсемин Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия Исследовано напряженное состояние неоднородного сварного соединения с прослойкой из более прочного материала под действием растягивающей нагрузки. Предполагается, что на контактной границе имеет место трещиноподобный поверхностный дефект. Получены аналитические выражения величины разрушающего усилия в зависимости от механической неоднородности соединения, толщины прослойки и глубины дефекта. Установлено, при какой максимальной глубине соединение нечувствительно к дефекту. Теоретические резуль таты являются новыми и согласуются с экспериментальными данными, полученными при исследовании образцов, вырезанных из трубы из стали 14ХГС. К лю чевы е слова: соединение с прослойкой, растягивающая нагрузка, поверхностный дефект. Существенное влияние на работоспособность трубопроводов оказыва ют [1] дефекты заводской сварки (подрезы, непровары, несплавления, це почки пор, холодные и горячие трещины), а также возникшие в процессе строительства (царапины, риски, прожоги) и эксплуатации (коррозионные каверны и трещины вследствие усталости и старения металла труб). Одной из характерных особенностей сварного соединения прямошов ной трубы большого диаметра является то, что основной металл и металл шва имеют примерно одинаковую прочность в отличие от более прочных прослоек в зонах термического влияния - так называемые подкалывающие участки. Подобное распределение прочности нередко встречается в магист ральных трубопроводах, обладающих пониженной трещиностойкостью. На рис. 1 показано распределение твердости по сечению сварного шва трубы нефтепровода Усть-Балык-Омск (УБО) 01020x11 мм из стали 14ХГС. Распределение прочности по сечению сварного шва, в случае когда зона термического влияния содержит разупрочненный участок в виде “мягкой” прослойки, может быть исследовано на основе полученных ранее [2 ] резуль татов. Несущая способность сварного соединения определяется рядом факто ров, к наиболее важным из которых относятся относительная глубина 1/г и положение дефекта относительно линии сплавления (границы твердой и мягкой среды), относительная толщина более прочного (БП) участка % = Н/г и механическая неоднородность сварного соединения К = к т/ к м (г - тол щина трубы; / - глубина поверхностного дефекта; Н - толщина более прочного участка). В данной работе рассматривается соединение, моделирующее продоль ный сварной шов прямошовной трубы большого диаметра с более проч ными участками в зонах термического влияния (рис. 1). Прочность шва и основного металла предполагается одинаковой, металлы - однородными и © В. Л. ДИЛЬМАН, А. А. ОСТСЕМИН, 2004 72 ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 3 Анализ методом линий скольжения вязкой прочности изотропными. Контактные поверхности между металлом шва и более проч ным участком, а также между основным металлом и более прочным участ ком считаются плоскими и ортогональными к свободным поверхностям. Соединение находится под действием растягивающей нагрузки в условиях плоской деформации. На границе основного металла и более прочного участка либо металла шва и более прочного участка предполагается наличие подреза (трещиноподобного дефекта), который моделируется как разрез, ортогональный к свободной поверхности, с расстоянием между берегами, равным нулю. НУ 200 /80 т -20 0 20 у, мм Рис. 1. Распределение твердости по сечению сварного шва (значения усреднены по данным двух образцов). Параметр пластичности, характеризующий стадию пластического тече ния, обозначим через к т для прослойки и через к м для основного металла и металла шва. При исследовании на прочность представляет интерес стадия развития пластической деформации, при которой происходит потеря общей стабильности пластического деформирования в результате исчерпания спо собности к упрочнению материала соединения. Различие в механических свойствах более прочного участка и остальной части соединения отражает коэффициент механической неоднородности К — к т / к м. Относительно свар ных соединений труб большого диаметра наиболее важным является случай малой механической неоднородности, когда К — 1,05...1,5. В указанном выше примере заводского продольного шва трубы нефтепровода УБО (рис. 1) коэффициент механической неоднородности К — 1,16...1,18. В работе [3] для продольного шва прямошовной трубы 0 1 2 2 0 x 12 мм производства Челябинского трубопрокатного завода (основной металл - сталь 17Г1С, 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 3 73 В. Л. Дилъман, А. А. Остсемин сварной шов - проволока Св08ХМ) приведена величина К = 1,087. Более прочный участок сварного соединения прямошовной трубы большого диа метра в результате малой механической неоднородности и ослабляющего влияния дефекта подвергается пластической деформации вместе с участ ками менее прочного (МП) основного металла, примыкающими к пласти ческой зоне этого участка (рис. 2). Общая потеря устойчивости пластичес кой деформации металла более прочного участка происходит при постоян ных или невозрастающих нагрузках [4], что позволяет при исследовании напряженного состояния считать материалы соединения идеально упруго пластическими и в качестве параметров к т и к м использовать не предел текучести, а постоянные, характеризующие момент потери пластической стабильности: к т = 3 то к м = 3 мо м, где о I и ом - предел прочности металла прослойки и основного металла; 3 т и 3 м - безразмерные коэффи циенты, зависящие от параметра двухосности нагружения стенки трубы и показателя упрочнения материалов. Исследование состояния пластической неустойчивости в стенке трубопровода и зависимости коэффициента /3 от момента наступления этого состояния проведено ранее [5]. \У Рис. 2. Поле линий скольжения сварного соединения типа МП-БП-МП с наружным разрезом по поверхности сплавления. Перечисленные предположения и допущения позволяют компоненты тензора напряжений определять по методу линий скольжения [6]. На напря женное состояние более прочного участка заметное влияние оказывает его 74 ШЗ'Ы 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 3 Анализ методом линий скольжения вязкой прочности относительная толщина %. В частности, от относительной толщины участка зависит поле линий скольжения; если участок имеет вид толстой прослойки, для которой % — 2К (К + 1)-1 , то такое влияние отсутствует, и можно пола гать Х = х (этот случай подробно изучен в [3]). Нами исследуются более тонкие прослойки, что соответствует встречающимся на практике случаям (рис. 1). Рассмотрим поле линий скольжения [6] сварного соединения с наруж ным дефектом (рис. 2). Треугольники АВА1 , А Е Б , А Е ^ 1 и трапеция QGlDG - области однородного напряженного состояния более прочного участка. Точки выхода контактных плоскостей на свободные поверхности А и А1 являются особыми, в них напряжения терпят разрыв. Как было заме чено [3], при постоянстве коэффициента механической неоднородности К вдоль контактной поверхности необходимо наличие вееро-центрированных полей с вершинами в точках А и А1 в более и менее прочной частях соединения. Вееро-центрированные поля АЕВ и А1Е 1В имеют централь- т ~ные углы ш ; в менее прочной части соединения углы вееро-центрирован- ных полей с вершинами в точках А и А1 обозначены через шм. В криво линейном четырехугольнике BElD E касательные напряжения г , вычисля емые по сечению слоя, параллельному контактной поверхности (на рис. 2 по любой прямой, параллельной AQ), достигают максимума. Вблизи этих значений, т.е. внутри четырехугольника В Е ^ Е , не допуская существенной ошибки, можно аппроксимировать касательные напряжения в направлении оси X постоянными. Иными словами, считать, что функции г ху не зависят на этих участках от х. Тогда в данном четырехугольнике реализуется (при ближенно) прандтлевское [7] напряженное состояние, а линии скольжения, пересекающие его, являются (приближенно) циклоидами. В областях GDEF и Gl^ Е 1D одно из семейств линий скольжения состоит из прямых. В целом процесс построения поля линий скольжения на участке А1 F lPFA (рис. 2) аналогичен таковому при исследовании жестко пластического течения полосы между параллельными шероховатыми пли тами с силой трения, меньшей предела текучести при сдвиге [6]. Постро ение полей в менее прочных участках соединения, стыкующихся на контакт ных границах с полем более прочного участка, описано ранее [3]. Заметим, что если точку раздела течения поместить на отрезке AQ, но не в точке Q, то предельное усилие увеличится [8], так как в окрестности разреза поле линий скольжения будет совпадать с полем, представленным в [8] на рис. 105. Поскольку поле линий скольжения приводит к верхней границе предельной нагрузки независимо от расположения точки раздела течения на отрезке AQ, в соответствии с критерием [8] ее можно выбрать в вершине разреза Q. Более того, в последнем случае напряжения можно переносить с пласти ческих на жесткие участки соединения. Действительно, если для вычисления Ох , О у и г ху в некоторой точке М жесткого участка проецировать эту точку в точку М ' на границу пластической области параллельно свободной поверхности и принять в качестве значений компонент напряжений в точке М их значения в точке М ' (если точка М ' попадает на разрез, следует в точке М положить ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 3 75 В. Л. Дилъман, А. А. Остсемин о х = 0, о = 0, о 2 = 0), то, очевидно, уравнения равновесия и неравенство пластичности выполняются во всех точках соединения. Поэтому [8] по строенное решение является полным, полученное ниже значение предель ной нагрузки - точным (в пределах указанных ниже погрешностей вы числений). Исследуем напряженное состояние прослойки, определяемое полем ли ний скольжения описанного вида. Используя известные [6] свойства линий скольжения, аналогично [3] получаем (рис. 2): 1± 2® + соэ2т , х е Л Б ; 1- 2( т + у ) + соэ(2т — 2у ), х е БО; (1) 2 — 4т, х е ОQ; а у (х) к г ху = ± к э т 2т , х е Л Б , (2) причем в зависимости от рассматриваемого участка соединения к пара метрам к , о , г , ® необходимо добавить верхний индекс “т” или “м”, что обозначает отношение данного параметра соответственно к более или менее прочному участку; кроме того, на более прочном участке следует в форму лах (1) и (2) брать знак “- ”, так как имеет место “разупрочнение” [9], на менее прочном - знак “+”, поскольку металл соединения упрочняется [9]. Значения о у (х ) на отрезке FQ, вычисленные со стороны менее прочного участка, не приводятся, так как в дальнейшем не используются. Ниже для упрощения записи выражений величины к , о , г и ® приводим без верх него индекса “т”. Для вычислений углов ® и т м вееро-центрированных полей с центра ми в точках А и А1 (рис. 2) рассмотрим равновесие элементарного прямо угольника, расположенного на границе между более и менее прочной частя ми соединения между точками А и Б (или А1 и Б{) - рис. 2. Условия равновесия имеют вид о ̂ = о у , г м = —г ху. На основе формул (1) и (2) их можно записать в виде системы двух уравнений с двумя неизвестными т и мт : к м (1 + 2т м + соэ2т м) = к(1 — 2т + соэ2т ); (3) к м = яп 2т м = к яп 2т. Как было отмечено выше, значения коэффициента механической неодно родности К = к / к м находятся в диапазоне 1...1,5. Это дает основания считать величину Я = к к м — 1 малым параметром. Решим систему (3) методом разложения неизвестных по параметру Я, т.е. положим 00 ОС т = ^ т кЯ ; т м = ^ т м Як. (4) к=0 к=0 76 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 3 Анализ методом линий скольжения вязкой прочности Легко видеть, что при Я = 0, т.е. при К = 1, т = т м = 0. Таким образом, то = тМ = 0. Для вычисления остальных коэффициентов рядов (4) подста вим последние в систему (3) и разложим функции sin и cos в соответству ющие степенные ряды. После преобразований получим (2 — 2mi) Я — (2т i + 2т 2 + 2т 2 ) Я2 — (2т 2 + 4mim 2 + 2т 2 + 2т 3 ) Я3 + ... = = 2т м Я + (—2( т м ) 2 + 2т м) Я2 + (—4тм т м + 2т м) Я3; 2т i Я + (1 + 2т 2 )Я2 + ^3 т 3 + 2т 2 + 2т 3 \|я 3 + ...= = 2т м Я + 2т м Я2 + f ̂ ( т м ) 3 + 2т м \|я 3 + .... Приравнивая коэффициенты перед одинаковыми степенями параметра Я, находим последовательно ю 1, юМ, ю2 , юМ, ю3 , юМ- После подстановки полученных значений в (4) с точностью до слагаемых третьей степени включительно имеем 1 , 1 , 2 5 . Ят = -Я — Я Н— Я +...— -------77 2 2 8 2(1+ Я) / 1 + Я2 + ... Возвращаясь к параметру К, получаем окончательно формулы для вычисления величин углов центрированных полей в более и менее прочной частях соединения в виде K — 1 т : 2K (K — 1)2 1 + --------— + ... т м = Кт. (5) Полученные формулы упрощаются, если коэффициент механической неоднородности К мало отличается от единицы. В таком случае в (5) можно оставить только первое слагаемое: т = K — 1 м K — 1 т = 2K 2 (6) Относительная ошибка этих формул 0,25(К — 1) при К = 1,2 составляет 1%, при К = 1 , 4 - примерно 4%. Заметим, что использованный метод разложения по параметру позво ляет вычислить ю с любой точностью (при К < 2). При этом необходимо взять лишь достаточное число членов разложений (4). Ранее [3] предложен другой метод решения системы (3), имеющий ограниченную точность (не выше третьего порядка относительно К — 1). Приведенная в [3] формула, которую можно записать в виде, незначительно отличающемся от (5), при значениях К ^ 2 дает большую погрешность. 4 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2004, № 3 77 В. Л. Дилъман, А. А. Остсемин Использование поля линий скольжения (рис. 2) позволяет выразить координаты точек F и G через угол т центрированного поля: _1 2 х(F ) = (cos т + sin т ) h = ( 1 _ т + 1,5т )h; (7) х (G ) = (1 + т + 0,5т 2 )h, (8) где х(F ) и х(G) - абсциссы точек F и G. Статическую прочность соединения определим по растягивающему усилию P * = f о yd x , (9) AQ приложенному к нетто-сечению AQ (рис. 2), при котором происходит общая потеря устойчивости пластической деформации, или по среднему крити* ческому напряжению, определяемому по брутто-сечению формулой о ср = = P * /1, где t - толщина соединения. Возможны три случая взаимозависи мости между размерами (глубина дефекта l, толщина более прочного слоя h, толщина соединения t) и механическими параметрами к м и к т и соответ- * * ственно три вычислительных схемы для определения P и о ср: l + x (G ) - t (первый случай); t _ x (G ) < l < t _ x(F ) (второй); l + x(F ) > t (третий). Поле линий скольжения, изображенное на рис. 2, соответствует первому случаю. Из (6) и (8) после отбрасывания малых слагаемых следует, что в первом случае X(3K _ 1) Mt ^ 1~ 2K J , (10) где х = h /t - относительная толщина более прочного участка (слоя). Анало гично, используя (6) и (7), для третьего случая можно записать Х( K + 1) - l l t < 1. (11) В первом случае интегрированный промежуток следует разбить на три части: A F , FG и GQ, во втором - на A F и FQ, в третьем случае считать интеграл по одному промежутку AQ. Необходимость такого разбиения обусловлена формулой (1), с помощью которой значения о y (x ) на разных участках нетто-сечения определяются по-разному. Использование поля линий 78 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2004, № 3 Анализ методом линий скольжения вязкой прочности скольжения позволяет установить зависимость между переменными X и у, где х - абсцисса точки Я; у - угол между линиями скольжения и Л ^ в точке А1 (рис. 2): х = (1 + 2у — т + 2у 2 - 3у® + 1,5® 2 )к. (12) Теперь интеграл (9) в каждом из трех случаев вычисляется по формуле (1). Опуская промежуточные выкладки, приведем окончательный результат. При условии (10) получим а ср = 2к м ср (13) при условии (11) - а ср = 2к мср 4К 1—г '■ (14) Во втором случае нет смысла записывать аналогичную формулу из-за ее громоздкости. Достаточно заметить, что данный случай относится к попада нию конца дефекта на небольшой участок нетто-сечения БО, и критическое напряжение можно найти, линейно интерполируя его на БО по известным из формул (13) и (14) значениям на концах этого отрезка. с На рис. 3 показаны зависимости среднего критического напряжения а ср от глубины дефекта при К = 1,2, построенные по формулам (13) и (14) с учетом условий (10) и (11) соответственно. Наличие дефекта на границе сплавления обеспечивает такой характер деформирования, когда сдерживание пластического течения в прослойке, образовавшейся в зоне термического влияния, приводит к упрочнению менее прочных участков вблизи очага пластической деформации (зона нетто-сече- ния) вследствие возникновения сложного напряженного состояния, близкого к тому, что определено сеткой линий скольжения на рис. 2. При некоторых соотношениях между I, г, к и К соединение с дефектом оказывается равнопрочным бездефектному соединению с идентичными параметрами г, к и К , для которого а Ср = 2 км. Приравнивая эту величину к правой части (13) и (14), можно найти наибольшее значение относительной длины дефекта ( I/г)р , при котором соединение нечувствительно к дефекту. При условии (10) получим I \ К 2 — 1 при условии (11) - г) 1 4К ’ (15)р I \ К 2 г ) р К 2 + 4К — 1 . (16) 1 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 3 79 В. Л. Дильман, А. А. Остсемин Рис. 3. Зависимость среднего критического напряжения от глубины подреза при К = 1,2: 1 - X = 0,4; 2 - х = 0,6; 3 - х = “ (эксперимент). На рис. 4 показана зависимость относительной глубины подреза (1^)р (15), не снижающего прочность сварного соединения, от коэффициента механической неоднородности К . Видно, что с ростом К повышается нечувствительность к дефекту. т р 0/5 О, і 0,05 А / / Г / - - ' - 9 — - 5 /,<0 (20 (30 К Рис. 4. Зависимость наибольшей глубины подреза (І/і) соединения, равнопрочного без дефектному, от коэффициента механической неоднородности К : 1 - % = 0,1; 2 - % = 0,2; 3 - х = 0,3; 4 - х = 0,4; 5 - % = 0,6; 6 - 2К(К + 1)"1. 80 ШБЫ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 3 Анализ методом линий скольжения вязкой прочности Экспериментальную проверку полученных зависимостей (10), (11) про водили при исследовании образцов размером 250 X 25x11 мм, вырезанных из трубы 01020x11 мм из стали 14ХГС в направлении, перпендикулярном ее оси. Коэффициент механической неоднородности сварного соединения оценивали как К = 1,16; % = 0,4...0,5. Поверхностные дефекты сварки (подрезы) на границе сплавления сварного соединения имитировали тонки ми надрезами переменной длины. Анализ формул (15), (16) позволяет утверждать, что для наиболее часто встречающихся на практике значений параметров К > 1,09 и %> 0,6...0,7 (рис. 1) механически неоднородных сварных соединений наличие подреза с относительной глубиной /Д до 0,035...0,040 не приводит к снижению проч ности труб большого диаметра. Поэтому указанную величину можно считать нижней границей относительной глубины подреза, не снижающей прочность сварного соединения при вязком разрушении. При %> 1 и К > 1,09 нижняя граница составляет 0,040...0,045 (на рис. 4 кривая 6). Теоретически доказано, что допустимыми без исправления можно считать подрезы глубиной до 0,5 мм по линии сплавления сварного шва прямошовной трубы большого диаметра (ГОСТ 20295-85 “Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов”, свод правил СП 34-101-98 “Выбор труб для магистраль ных нефтепроводов при строительстве и капитальном ремонте”, заводская технологическая инструкция ОАО “ЧТПЗ”). Приведенные здесь и ранее [3] экспериментальные данные подтверждают эти выводы. Выводы 1. Установлены аналитические выражения для вычисления разруша ющего среднего растягивающего напряжения в случае вязкого разрушения в зависимости от относительных глубины дефекта, толщины более прочного участка и механической неоднородности соединения. 2. Методом линий скольжения теоретически изучен характер пласти ческого течения более прочного участка в соединении типа МП-БП-МП, содержащем наружный трещиноподобный дефект (подрез) на границе сплав ления разнопрочных участков сварного соединения. Методом разложения по малому параметру получено новое решение системы уравнений, ранее полу ченной авторами для определения углов вееро-центрированных полей линий скольжения с вершиной в точке пересечения линий контактной и свободной поверхностей. Этот подход позволяет найти решение данной системы с любой точностью; он эффективен также в случае значительной механи ческой неоднородности (К > 2) соединения. 3. Установлена наибольшая глубина дефекта (в зависимости от механи ческой неоднородности соединения и относительной толщины прослойки), при которой сварное соединение прямошовной трубы большого диаметра равнопрочно бездефектному 4. Полученные результаты хорошо согласуются с проведенными экспе риментальными исследованиями сварных соединений прямошовных труб магистрального нефтепровода УБО. ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 3 81 В. Л. Дилъман, А. А. Остсемин 5. Теоретически обосновано и экспериментально проверено, что глу бина подрезов до 0,5 мм по линии сплавления сварного шва прямошовной трубы большого диаметра является допустимой без исправлений. Резюме Досліджено напружений стан неоднорідного з’єднання з прошарком із більш міцного матеріалу під дією розтяжного навантаження. Припускається, що на контактній границі має місце тріщиноподібний поверхневий дефект. Отримано аналітичні вирази величини руйнівного зусилля в залежності від механічної неоднорідності з’єднання, товщини прошарку та глибини дефек ту. Установлено, за якої максимальної глибини з’єднання нечутливе до дефекту. Теоретичні результати є новими і узгоджуються з експерименталь ними даними, що отримані при випробуванні зразків із труби зі сталі 14ХГС. 1. Красовский А. Я., Красико В. Н. Трещиностойкость сталей магистраль ных трубопроводов. - Киев: Наук. думка, 1990. - 176 с. 2. Остсемин А. А., Дилъман В. Л. О сжатии пластического слоя двумя шероховатыми плитами // Пробл. прочности. - 1990. - № 7. - С. 107 - 113. 3. Дилъман В. Л., Остсемин А. А., Воронин А. А. Несущая способность прямошовных труб большого диаметра с дефектами на границе сплав ления сварного шва // Свар. пр-во. - 2002. - № 3. - С. 3 - 6 . 4. Ковалъчук Б. И. К вопросу о потере устойчивости пластического дефор мирования оболочек // Пробл. прочности. - 1983. - № 5. - С. 11-17. 5. Дилъман В. Л., Остсемин А. А. О влиянии двухосности нагружения на несущую способность труб магистрального газонефтепровода // Меха ника твердого тела. - 2000. - № 5. - С. 179 - 185. 6 . Соколовский В. В. Теория пластичности. - М.: Высш. шк., 1969. - 608 с. 7. Прандтлъ Л. Примеры применения теории Генки к равновесию пласти ческих тел // Теория пластичности / Под ред. Ю. Н. Работнова. - М.: Изд-во иностр. лит., 1948. - С. 102 - 113. 8. Качанов Л. М. Основы теории пластичности. - М.: Наука, 1969. - 420 с. 9. Бакши О. А., Шатов А. А. О напряженном состоянии и деформации твердого металла в сварных соединениях с твердой и мягкой про слойками // Свар. пр-во. - 1966. - № 5. - С. 7 - 10. Поступила 24. 01. 2003 82 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 3

Анализ методом линий скольжения вязкой прочности сварного соединения с подрезом прямошовных труб большого диаметра

Institution

Ähnliche Einträge