Содержание к диссертации
Введение
1 Проблемы оценки безопасных сроков эксплуатации нефтепроводов 9
1.1 Основные факторы, предопределяющие безопасность эксплуатации трубопроводов 9
1.2 Структура работ по оценке остаточного ресурса трубопроводов... 20
1.3 Основные подходы к оценке остаточного ресурса элементов нефтегазового оборудования и трубопроводов 25
1.4 Объект исследования 28
Выводы по главе 1 29
2 Исследование механизма инициации и развития трещин в механических повреждениях нефтепроводов, возникающих при их взаимодействии с твердыми телами 31
2.1 Оценка инициации и развития подповерхностных трещин методами контактной механики разрушения 33
2.2 Инициация подповерхностных трещин при контактных воздействиях 36
2.3 Развитие магистральных трещин 41
2.4 Особенности инициации трещин при динамическом нагружении.. 47
Выводы по главе 2 54
3 Оценка напряженного состояния цилиндрических базовых элементов с вмятинами 55
3.1 Допуски на совершенство формы базовых элементов 55
3.2 Определение напряженного состояния цилиндрических элементов с вмятинами методами теории тонких оболочек 58
3.3 Инженерная оценка коэффициентов концентрации напряжений в цилиндрических конструктивных элементах с вмятинами 65
3.4 Определение упруго пластических коэффициентов концентрации деформаций и напряжений в моделях с вмятинами 68
Выводы по главе 3 72
4 Определение критических деформационных и силовых параметров базовых элементов нефтепроводов с комбинированными дефектами 73
4.1 Определение предельных параметров вмятин в базовых элементах нефтепроводов по деформационным критериям разрушения... 73
4.2 Исследования напряженного и предельного состояний моделей с комбинированными дефектами в условиях хрупкого разрушения 84
4.3 Оценка несущей способности конструктивных цилиндрических элементов с комбинированными дефектами по результатам на урных испытаний 97
Выводы по главе 4 106
5 Оценка безопасных сроков эксплуатации нефтепроводов с комбинированными поврежденими 108
5.1 Расчеты остаточного ресурса по критериям трещиностоикости 108
5.2 Определение остаточного ресурса цилиндрических базовых элементов с комбинированными повреждениями по коэффициенту запаса пластичности и несущей способности 112
Выводы по главе 5 119
Основные выводы 120
Библиографический список использованной литературы
- Структура работ по оценке остаточного ресурса трубопроводов...
- Инициация подповерхностных трещин при контактных воздействиях
- Определение напряженного состояния цилиндрических элементов с вмятинами методами теории тонких оболочек
- Исследования напряженного и предельного состояний моделей с комбинированными дефектами в условиях хрупкого разрушения
Введение к работе
Актуальность проблемы
В России эксплуатируются системы магистральных трубопроводов протяженностью более 240 тыс. км, имеющие свыше 5 тыс. надземных технологических объектов обслуживания: компрессорных и насосных станций, хранилищ и резервуарных парков. Протяженность промысловых трубопроводов составляет 350 тыс. км. Подавляющая часть объектов трубопроводных сетей построена в 60-80-е годы прошлого столетия, и в настоящее время наметилась устойчивая тенденция (и не только в нашей стране) сокращения темпов ввода в эксплуатацию замещающих мощностей. В то же время аварийность на объектах магистральных трубопроводов находится на высоком» уровне и имеет тенденцию роста. Основными техническими причинами аварий на трубопроводном транспорте являются:
повреждения-в результате внешних (случайных) воздействий, в том числе механических - 33 %;
брак, допущенный при проектировании и монтаже - 24 %;
брак, допущенный в заводских условиях производства труб - 17 %;
наружная коррозия - 20 %;
нарушение регламента эксплуатации - 6 %.
Более половины аварий на трубопроводах определенным образом связаны с накоплением повреждений в металле трубы и сварных швах. При этом развитие нарушений (трещины) происходит за счет образования, увеличения размера и слияния микротрещин в течение заметного времени эксплуатации трубопровода. Поэтому при оптимальном варианте коммерческой эксплуатации трубопроводов за счет применения' средств технической диагностики и своевременного ремонта аварии по нескольким причинам могли бы быть исключены. Однако из-за недостатков нормативно-технической документации, регламентирующей определение срока безопасной эксплуатации магистральных трубопроводов, заниженных объемов обследований, технического обслуживания и ремонта в России вероятность аварий на трубопроводных се-
.5 тях по второй и третьей причинам, по всей видимости, будет увеличиваться.
Это связано с тем, что в настоящее время на территории России фактический срок эксплуатации большинства магистральных.трубопроводов приближается к тому моменту, когда значительно возрастает интенсивность отказов и аварий^ из-за естественных, процессов, коррозии и старения- металла. Вместе с этим отсутствие на действующих объектах трубопроводных систем; совершенных автоматизированных систем мониторинга и предупреждения о возможных авариях усложняет задачу обеспечения; безопасной эксплуатации. Поэтому совершенно очевидно, что для повышения степени безопасности эксплуатации, магистральных трубопроводов; необходима; общая: концепция контроля^ и прогнозирования безопасных сроков службы всех, потенциально. опасных элементов трубопроводных систем.
Необходимы создание общей:методологической базы для;исследования: процессов, определяющих старение основных элементов* и оборудования» трубопроводных, систем, и совершенствование нормативов и правил по уточнению проектных сроков безопасной' эксплуатации трубопроводов по, их фактическому состоянию.-,
Одними из распространенных дефектов; обнаруженных при диагностике, являются отклонения от круглости: вмятины (увод кромок), овальность И; смещение кромок. Расчетам напряженного состояния:, оценке несущей способности и долговечности оборудования и трубопроводов с отклрнениями'от: круглости посвящено: достаточно' большое количество опубликованных: работ, В: частности, известные исследования Г.А. Николаева (МЕТУ им: Н'.Э:- Баумана), 0>А..Бакши (ЧЕТУ), :Иі Стеклова (ГАНЕ им. ШУЕ Еубкина);. ША. Махутова; (ИМАШ РАН), E.G. Васильченко (ЦНИИТМАШ); А.Д:.Никифорова: (МИХМ); Е.М. Морозова (МИФИ); А.Е. Еумерова (ЕУП «ИПТЭР») и др.
Следует отметить, что наиболее полно изучено влияние на ресурс тру б1 смещения: кромок и овальности.. В литературе недостаточно.сведений: о совместном влиянии на ресурс .трубопроводов комбинированных дефектов, в
частности с вмятинами, в которых имеются риски (царапины) и трещины. Эти проблемы обостряются, когда трубопроводы подвергаются коррозии, ускоряемой действием локализованных механических напряжений (локализованной механохимической коррозии). Кроме этого накопление повреждений в металле значительно ускоряется при повторно-статических нагрузках (пуск - остановка и др.).
Настоящая работа направлена на разработку методов расчетного определения остаточного ресурса трубопроводов с комбинированными механическими повреждениями.
Цель работы - обеспечение безопасности эксплуатации нефтепроводов с комбинированными механическими повреждениями регламентацией их остаточного ресурса.
Основные задачи работы:
анализ проблем обеспечения безопасности нефтепроводов при эксплуатации;
исследование механизма инициации и развития трещин, возникающих при статическом и динамическом взаимодействиях труб с твердыми телами;
оценка совместного влияния вмятин, рисок и трещин на напряженное состояние труб нефтепроводов;
определение несущей способности и остаточного ресурса труб нефтепроводов с комбинированными дефектами;
разработка методики расчетов несущей способности и остаточного ресурса нефтепроводов с комбинированными повреждениями.
Методы решения поставленных задач
Проблемы возникновения трещин при соударении труб с твердыми телами решались с использованием подходов контактной механики разрушения. Оценка критических параметров вмятин проводилась с использованием деформационных критериев разрушения.
Коэффициенты интенсивности напряжений (КИН) в конструктивных
7 . элементах с комбинированными дефектами определялись методом предельных нагрузок на моделях из хрупких низкомодульных материалов:
Предельные нагрузки элементов с повреждениями определены по результатам натурных испытаний стальных образцов из низколегированных сталей.
Остаточный ресурс определялся- на базе полученных автором результат тов с использованием известных кинетических уравнений: малоцикловойі повреждаемости Коффина-Мэнсона, Н!А. Махутова и Бэсквина:. .
Научная новизна:
методами теории тонких; оболочек вращения и.; механики разрушения получены расчетные зависимости для*определения;напряженногосостояниям труб с вмятинами с рисками и трещинами (комбинированными дефектами);.
на основании деформационных критериев разрушения получены, аналитические ЗаВИСИМОСТИ ДЛЯ Определения:Несущей СПОСобнОСТИ-Труб С ВМЯг
тинами;
получены и научно обоснованы .расчетные формулы-для определения; несущетспособности и остаточного ресурса труб: нефтепроводов с комбинированными дефектами;.
разработана, методика; расчетов; несущей^ способности и остаточного ресурса нефтепроводов с комбинированными повреждениями;
На защиту выносятся:результаты исследований, имеющие научную и практическую значимость,длятрубопроводного:транспорта:и других объектов нефтегазовой отраслш
Практическая- ценность, результатов работы заключается: в -том; что; разработанная? автором методика расчетов: несущей способности' ш остаточного ресурса нефтепроводов, позволяет устанавливать степень опасности комбинированных дефектов и безопасные сроки их эксплуатации.
Достоверность результатов исследований
Решение основных задач-базировалось на современных апробированных подходах теории оболочек, механики разрушения;теории пластичности
8 и упругости, механохимии металлов. В работе учитывались современные
достижения в области промышленной безопасности и оценки остаточного
ресурса.
Большинство экспериментальных результатов подтверждены результатами лабораторных и натурных испытаний. Результаты исследований согласуются с общими представлениями механики твердого деформируемого тела с дефектами и данными других авторов.
Экспериментальные исследования проведены с использованием приборов и машин, прошедших госповерку.
Личный вклад автора
Автором лично получены следующие наиболее существенные результаты: а) выявлен анализ основных закономерности инициации и развития трещин при статическом и динамическом взаимодействиях труб с твердыми телами; б) определены поля напряжений в трубах с комбинированными дефектами (вмятинами с рисками и трещинами); в) установлены и описаны основные закономерности влияния комбинированных дефектов на несущую способность и остаточный ресурс нефтепроводов. Автор лично проводил испытания образцов и принимал участие в натурных испытаниях труб с комбинированными дефектами в ОАО «Салаватнефтемаш». Разработал методику расчета несущей способности и остаточного ресурса нефтепроводов с комбинированными повреждениями.
Структура работ по оценке остаточного ресурса трубопроводов...
Группой специалистов Госгортехнадзора РФ, НТЦ «Безопасность в промышленности» и МИБ СТС предложены основные требования к созданию методов оценки остаточного ресурса потенциально опасных объектов, подконтрольных Госгортехнадзору.
На рисунке 1.5 дана схема, отражающая основные виды работ по оценке остаточного ресурса трубопроводов.
Анализ технической документации проводится с целью установления технических параметров, предельных состояний, выявления вероятных отказов и повреждений, а также элементов и участков, рост повреждаемости в которых и их дефектность могут привести к ресурсному отказу. Этот этап работы завершается составлением эскизов и таблиц с указанием элементов и участков, которые могут быть предрасположенными к появлению повреждений и отказов; базы данных по техническим параметрам; программы функциональной (оперативной) диагностики.
Функциональная диагностика включает в себя работы по регистрации параметров технического состояния трубопроводов, его технологических параметров и нагруженности в условиях взаимодействия с окружающей средой, дефектоскопии в процессе эксплуатации (без остановки работы). Они осуществляются на участках трубопроводов непрерывно или дискретно в соответствии с предварительно разработанной и согласованной с органами, ответственными за эксплуатацию участка, программой с использованием штатного приборно-измерительного комплекса.
В программах функциональной диагностики должны быть также предусмотрены задание режимов работы обследуемого элемента трубопровода и дополнительная установка специальной измерительной и диагностической аппаратуры. Результаты функциональной диагностики оформляются в виде протоколов или соответствующих актов, заключения или отчета. Для бездействующих и демонтированных трубопроводов функциональная диагностика не предусматривается.
Экспертное обследование предполагает получение информации о фактическом состоянии элементов трубопроводов, наличии в них повреждений, выявлении причин и механизмов. Оно должно проводиться в соответствии с , программой, разработанной на основе анализа технической документации и данных функциональной диагностики, и должно включать визуальный (внешний и внутренний) контроль; измерение геометрических параметров и толщины стенок; замер твердости и определение механических характеристик, металлографические исследования основного металла и сварных соединений; определение химического состава; дефектоскопический контроль (вид и объем которого устанавливается, с учетом требований полноты,и-достаточности выявления дефектов и повреждений); испытания на прочность и геометричность и др.
Результаты экспертного обследования должны оформляться в виде протоколов измерений, карт дефектности и повреждений с таблицами данных, дополнены в базу данных по трубопроводам и отражены в отчете или техническом заключении.
В случае обследования бездействующих или демонтированных трубопроводов порядок проведения и объем экспертного обследования могут быть изменены.
Анализ повреждений и выявление определяющих параметров технического состояния элементов трубопроводов проводятся на базе данных анализа технической документации, оперативной диагностики и экспертного обследования, в результате чего выясняются текущее техническое состояние, уровень и механизмы повреждений, фактическая нагруженность и др.
Анализ включает оценку фактической нагруженности основных элементов трубопроводов в соответствии с требованиями НТД; фактической геометрии и толщины стенок, концентраторов напряжений и дефектов, результатов исследования напряженно-деформированного состояния, полученных при функциональной диагностике, и экспертного обследования; установление механизмов образования и роста обнаруженных дефектов и повреждений, возможных отказов вследствие их развития; оценку параметров технического состояния аппаратуры, их соответствия требованиям нормативно-технической и проектной документации, а при отклонении от требований -установление определяющих параметров технического состояния; заключения о необходимости дальнейших уточненных расчетов и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния, характеристик-материалов и оценки остаточного ресурса в случае отсутствия повреждений, влияющих на параметры технического состояния трубопроводов.
Результаты анализа повреждений и параметров технического состояния должны быть внесены в базу данных и оформлены в виде технического заключения с решением о продолжении дальнейших исследований напряженно- деформированного состояния и характеристик материалов или возможности дальнейшей эксплуатации с указанием назначенного ресурса.
Инициация подповерхностных трещин при контактных воздействиях
Природа и происхождение поверхностных дефектов в настоящее время поняты недостаточно хорошо. Известно, например, что поверхностные микротрещины вводятся в поверхность стекла контактными микроразрушениями, вызываемыми частицами пыли атмосферы. Физическое наблюдение таких микротрещин, особенно их эволюция, в общем, затруднены, хотя имеются работы, проливающие слабый свет на характерные особенности разрушения при использовании техники микроидентирования [86]. Поверхность, подвергающаяся ежедневному воздействию среды, накапливает в течение своей истории трещины определенных величины и формы. Микротрещины вводятся также при различных видах механической, в частности абразивной, термической и химико-термической обработок, а также непосредственно в процессе внедрения индентора.
Поверхностные микротрещины характеризуются функцией распределения плотности по величине. Предполагается, что они распространяются на несколько микрометров вглубь и имеют несколько ангстремов ширины [86]. Ввиду чрезвычайно малой ширины их трудно видеть непосредственно, и по сей день нет удовлетворительного метода определения распределения мик ротрещин по величине. Потенциальную возможность измерения плотности поверхностных микротрещин определяют прямым или эмпирическим подходом с помощью герцевских опытов. При прямом подходе определяется минимальная нагрузка Р„ при которой образовался герцевский конус величиной к. Проблема заключалась в анализе данных по герцевскому разрушению на базе статистического метода обработки Вейбулла. Плотность поверхностных микротрещин определялась как функция, представляющая частное от деления числа трещин п( к), приводящих к образованию конуса, на сумму площадей, охватываемых индентором при различных нагружениях: MO=n(o/s,(0, где N - число внедрений. Среднее значение 1к бралось в небольшом интервале площади S,.
Эмпирический подход, основанный на теории вероятности, молчаливо предполагает, что микротрещины подчиняются стандартному закону распределения. Идея заключается в подгонке экспериментальных данных под соответствующую кривую заранее выбранной функции распределения. Этому подходу уделялось много внимания в литературе в значительной степени из-за желания получить простые эмпирические уравнения, используемые в инженерной практике для прочностных расчетов. Однако такие упражнения в манипулировании статистическими данными не вносят ясности в физическую сущность проблемы образования микротрещин.
Образование зародышевых трещин при внедрении является результатом сдвиговых процессов, на что указывалось еще в работах Кея и Огилви [86]. Даже у хрупких материалов деформированная зона уплотнения имеет следы пересекающихся линий сдвигового течения - «розеток» линий скольжения. Петер [86] наблюдал линии скольжения на поверхности стеклянного образца около углов отпечатка при внедрении четырехугольной пирамиды Виккерса. Пересечение линий скольжения с поверхностью образца приводи ло к зарождению поверхностных микротрещин, которые после снятия нагрузки под действием остаточных напряжений развивались в радиальные макротрещины. В стеклах зарождение микротрещин происходит в результате разрыва атомных связей за счет перенапряжения, вызванного сдвиговыми деформациями. В кристаллических телах сдвиговая деформация осуществляется за счет движения дислокаций. В результате пересечения дислокаций с различного рода препятствиями, которыми могут служить границы раздела фаз, границы зерен или же границы пересечения самих дислокационных линий, и возникают зародышевые трещины. Существует много различных механизмов зарождения микротрещин, которые, возможно, применимы в задачах контактного взаимодействия. Однако непосредственно фрактографиче-ски наблюдалось зарождение микротрещин [86] подобно механизму, предложенному Коттреллом (рисунок 2.2, а), или за счет движения границ зерен (рисунок 2.2, б). а) скопления дислокаций при пересечении плоскостей скольжения; б) скольжения границ зерен - Механизм зарождения медианной трещины (, Т) как результат
Возникновение зародышевой трещины наблюдалось, в частности, в плоскости осевого сечения на границе упругопластического перехода, затем эта микротрещина развивалась в так называемую медианную (осевую) макротрещину. Характерно, что непосредственно под дном отпечатка высокое давление замедляет скольжение и предотвращает процесс трещи нообразования. На границе же пластической зоны с упругим материалом, где как при нагрузке, так и при разгрузке действуют высокие растягивающие напряжения, этот процесс, наоборот, стимулируется.
Определение напряженного состояния цилиндрических элементов с вмятинами методами теории тонких оболочек
Ниже приводятся результаты решения задачи о напряженном состоянии цилиндрических конструктивных элементов с вмятинами для схематизированной расчетной схемы, представленной на рисунке 3.5. Вначале известными методами сопротивления материалов и упругости определяют мембранные и краевые (от вмятины) напряжения. Затем находятся локальные напряжения в окрестности угловой точки (В).
Полагается, что окружное сечение элемента, имеющего вмятину, состоит из двух частей: ломаной ABC и криволинейной ADC (рисунок 3.5). Из-за различной деформационной способности прямого и криволинейного участков при нагружении внутренним давлением в месте сопряжения указанных частей сечения элемента возникают краевые сила PQ и момент Мо, что приводит к появлению дополнительных напряжений.
Вмятину будем характеризовать двумя угловыми параметрами: центральным углом 2а и углом в вершине угловатости Р (рисунок 3.5). В качестве расчетной схемы принимаем раму единичной ширины, состоящую из прямой части и криволинейного стержня с постоянным радиусом кривизны, равным радиусу элемента, и нагруженную равномерно распределенной поперечной нагрузкой на внутренней поверхности. Для нахождения внутренних усилий мысленно разрезаем раму в зоне сопряжения прямого и криволинейного участков - точке С, вместо внутренних связей вводим неизвестные силовые факторы Ро и Мо. Схемы нагружения обоих участков поперечного сечения элемента приведены на рисунке 3.5, б.
Краевые усилия не могут быть полностью определены из условия статического равновесия указанных участков модели. С помощью уравнений статики-можно-найти-только вертикальную составляющую Т0 краевой силы. Горизонтальная компонента Qo краевой силы и краевой момент Мо определяются из условия совместности угловых и линейных горизонтальных перемещений концов прямого и криволинейного участков модели, нагруженной внутренним давлением: зонтальные перемещения краевого сечения криволинейного участка модели от нагрузок Qo, М0, Р; 92QO, 02МО 02Р И A2Q0, А2М0, А2Р - соответственно угловые и линейные горизонтальные перемещения краевого сечения криволинейного участка трубы от нагрузок Q0, М0, Р, где Р - внутреннее давление. С целью уменьшения количества членов системы (3.1) перемещения от силы Т0 учтены в коэффициентах 01Р, А1Р и 92Р, А2Р, так как данную силу можно выразить через внутреннее давление: Т0 = PrBH - sin а « Pr sin а, (3.2) где гвн - внутренний радиус цилиндрического элемента; г - радиус срединной поверхности трубы.
Коэффициенты уравнений (3.1) определяем с помощью интегралов Мора. При этом считаем, что труба тонкостенная, поэтому перемещения от действия поперечной силы незначительны и с большой точностью их можно не учитывать. Таким образом, выражения для нахождения перемещений от действия нагрузок будут следующими: . rM1Mk ,. . rM,Mk rN,Nk 8,, = —!—-dl; А, = —— -dl + — -—Ldl, j D " D EF (3.3) Q fMMk rM,Mk rN.Nk где Mj и Nj - соответственно момент и продольная сила в текущем сечении от і-ой нагрузки; Мк и Nk - соответственно момент и продольная сила в текущем сечении от единичной нагрузки, действующей в направлении определяемого k-ого перемещения; Е - модуль продольной упругости; F - площадь поперечного сечения расчетной рамы, равная для рамы единичной ширина F = s; s - толщина стенки цилиндрического элемента; і - расстояние от краевого сечения вдоль прямого участка рамы;
Продольная, поперечная силы и изгибающий момент в продольном сечении прямого участка на расстоянии от краевого сечения определяются как: N, = Q0 cosp + Т0 sinP, Q Q inPoCosP + P , (3.10) Р/2 М, = М0 - (Q0 sinP - Т0 cosP) - —. Для криволинейного участка усилия в сечении, определяемом угловой координатой ф, находятся из выражений: Q P = Q0 sin(a -ь 9)-PR(sinacos(a + (p) + sincp), N9 =Q0cos(a + 9)+PR(sinasin(a + 9) + l-cos9), (3.11) Мф = Q0r[cos a - cos(a + ф)] + M0 - Pr2 [(sin(a + ф) - sin a)sin a +1 - cos ф} Суммарные кольцевые напряжения в произвольном сечении определяются для точек на поверхности трубы по формуле N: 6М: e = -±± L, (3.12) s S где Nj и Mj - соответственно продольная сила и изгибающий момент в данном сечении, равные N] и Мі для прямого участка или N9 и Мф - для криволинейного участка трубы.
Исследования напряженного и предельного состояний моделей с комбинированными дефектами в условиях хрупкого разрушения
При образовании вмятины нередко образуются риски (царапины) в ее вершине. Указанная комбинация дефектов (рисунок 4.11, в) ускоряет разрушение конструктивных элементов в связи с реализацией в вершине дефектов высокой степени напряженности.
В качестве одной из моделей для исследования несущей способности труб с царапинами и трещинами можно принять схему, приведенную на рисунке 4.11. На этом рисунке S - толщина модели (трубы); h — глубина дефекта; h - глубина трещины.
Вначале рассмотрим модель с риской, имеющей форму V-образного надреза (рисунок 4.11), полагая, что трещина в вершине риски отсутствует, т.е. hTp = 0. Полагается, что радиус в вершине риски близок к нулю (р = 0). В этом случае имеем трещиноподобный дефект глубиной h и углом раскрытия в вершине р. .Очевидно, что как и в трещине, при р - 0 в вершине риски на пряжения устремляются к бесконечности: С7у -» оо .
Коэффициент интенсивности напряжений является основной характеристикой, определяющей степень напряженности материала в области вершины трещины. Величина КИН обозначается символом К\ и зависит от номинального напряжения стн, длины (или глубины) трещины и безразмерного параметра Y, называемого поправочной функцией, зависящей от местоположения и геометрических параметров модели. Номинальные напряжения ап и глубина h (длина) трещины являются известными величинами. Таким образом, основной величиной, подлежащей определению (при оценке КИН), является поправочная функция Y.
В настоящее время разработаны многочисленные методы расчетно-экспериментального определения КИН: комфорных отображений; коллока-ций; плоских сечений; конечных и граничных элементов; фотоупругости и др. Однако, большинство из разработанных методов требуют сложных математических операций и весьма трудоемки, хотя современные достижения вычислительной техники разрешают эту проблему. Кроме того, любой аналитический расчет требует дальнейшего экспериментального подтверждения.
В работе [64] предложен доступный метод оценки КИН по предельной нагрузке моделей из хрупких материалов. Сущность метода заключается в следующем. Из хрупкого материала, например из органического стекла, изготавливается базовый образец, для которого известно точное значение КИН. Путем испытаний базового образца определяется критическое значение интенсивности напряжений известными методами. Далее из того же хрупкого материала изготавливается исследуемая модель с заданными геометрическими параметрами, например модель с риской, имеющая угол раскрытия в вершине (3. После испытаний моделей определяются предельные нагрузки и напряжения. Испытания проводятся по такой же схеме нагружения, как и базовые образцы. Ниже доказано, что отношение предельных нагрузок рассматриваемых моделей обратно пропорционально величине их поправочных функций.
В общем случае для модели с трещиноподобным дефектом величина КИН представляется в следующем виде: K,=cr8-Vh-Y. (4.16) В качестве базовой модели в данном случае целесообразно принять прямоугольный образец с боковой трещиной типа 5 по ГОСТ 25.506-85 [40]. Аналогично для базовой модели: K dg-Vh-Yg, (4.17) где а6 и Y8 - номинальные напряжения и поправочный коэффициент для базовой модели.
В предельном состоянии [96]: К! =КС, где Кс - критический коэффициент интенсивности напряжений (ККИН), определен в соответствии с требованиями ГОСТ 25.506-85 [40]. Тогда в предельном состоянии (К, =Кс) с учетом (4.16) и (4.17) можно показать, что а -Ys " (4.18) 5с Y
При одинаковых поперечных рабочих сечениях рассматриваемой и базовой моделей соотношение (4.18) можно представить через соответствующие предельные нагрузки Qc и Q8c: Y Qc Y6 (4.19)
Таким образом, экспериментально определив отношения предельных нагрузок, можно найти отношение поправочных функций. По известной величине базовой модели Y5 определяется поправочная функция искомой модели, в частности модели с риской с углом раскрытия в вершине Р и глубиной h. Величину Qgc /Qc обозначим относительным параметром Q8c. Тогда Y = Qc5-Y5. (4.20) В дальнейшем этот подход будем называть методом предельных нагрузок для определения поправочных функций.
