Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния вопроса и задачи настоящей работы 9
1.1. Анализ конструктивных решений металлических дымовых труб 9
1.2. Анализ условий эксплуатации металлических дымовых труб 15
1.2.1. Коррозионные воздействия 16
1.2.2. Температурно-силовые воздействия 18
1.2.3. Силовые воздействия 22
1.2.4. Динамические воздействия и аэродинамика трубы 25
1.3. Анализ повреждаемости и примеры аварий и разрушения промышленных металлических труб 28
1.3.1. Повреждаемость и дефектность сварных соединений.. 31
1.3.2. Примеры аварий и разрушений 35
1.4. Анализ существующих методик определения остаточного ресурса, физического износа и долговечности стволов металлических дымовых труб 39
1.4.1. Определение остаточного ресурса по коррозионному износу 39
1.4.2. Определение долговечности трубы по трещинопо-добным дефектам 40
1.4.3. Определение физического износа по сопоставлению частот собственных колебаний 41
1.5. Анализ свойств сталей применяемых для изготовлениястволов металлических дымовых труб в эксплуатационном диапазоне температур 42
1.5.1. Химсостав и механические характеристики 42
1.5.2. Статическая и циклическая трещиностойкость 44
1.6. Выводы по состоянию вопроса и задачи дальнейших исследований 48
ГЛАВА 2. Исследование температурных воздействий 49
2.1. Методика экспериментальных исследований 49
2.1.1. Теоретические методы расчета температурных полей от эвакуируемых газов
2.1.2. Теоретические методы расчета температурных полей вызванных действием солнечной радиации
2.1.3. Анализ распределения температурных полей на поверхности стволов металлических труб
2.1.4. Натурные объекты проведения исследований 58
2.1.5. Описание действия прибора и погрешности измерений - 58
2.2. Результаты экспериментальных исследований 62
2.3. Выводы по главе 68
ГЛАВА 3. Моделирование ветрового воздействия и формирование блоков нагружения по параметрам напряженно-деформированного состояния трубы 69
3.1. Методики проведения моделирования 69
3.1.1. Методика исключения ошибок и учета погрешностей . 69
3.1.2. Назначение расчетной схемы ствола дымовой трубы
и обоснование выбора типа КЭ 71
3.2. Назначение эксплуатационных нагрузок 74
3.2.1. Постоянные нагрузки 74
3.2.2. Температурные нагрузки 75
3.2.3. Ветровые нагрузки 76
3.3. Ветровое случайное нестационарное воздействие 76
3.3.1. Нормативные зависимости характера ветрового воздействия 76
3.3.2. Цикличность ветрового воздействия 77
3.3.3. Изменения ветрового воздействия по направлениям... 85
3.3.4. Создание блока циклического ветрового воздействия. 86
3.3.5. Определение режима нагружения ветровым воздействием 91
3.4. Результаты проведенного моделирования 94
3.4.1. Режим изменения НДС в зависимости от цикличе ского ветрового воздействия 95
3.5. Выводы по главе 98
ГЛАВА 4. Оценка долговечности несущих стволов металлических дымовых труб 99
4.1. Назначение расчетных параметров для определения остаточного ресурса ствола металлических дымовых труб 99
4.2. Методика оценки долговечности стволов металлических дымовых труб с трещиноподобными дефектами 100
4.2.1. Критическое значение коэффициента интенсивности напряжений и критическая длина трещины 100
4.2.2. Кинетическая диаграмма усталостного разрушения 101
4.2.3. Константы в уравнении Пэриса-Эрдогана 103
4.2.4. Пороговый КИН и циклический критический КИН 104
4.2.5. Усталостная долговечность 105
4.3. Пример расчета долговечности ствола металлической ды мовой трубы 107
Основные выводы 115
Список литературных источников
- Анализ конструктивных решений металлических дымовых труб
- Теоретические методы расчета температурных полей от эвакуируемых газов
- Методика исключения ошибок и учета погрешностей
- Методика оценки долговечности стволов металлических дымовых труб с трещиноподобными дефектами
Введение к работе
Промышленные трубы являются неотъемлемой частью предприятий металлургической, химической, горнорудной и других отраслей промышленности. Изначально они служили только для создания тяги, обеспечивающей нужный режим горения, что позволяло ограничиваться трубами малой высоты. Позднее возникла необходимость в отборе тепла для использования его в других целях и защите окружающей среды от выброса в атмосферу вредных промышленных отходов. Для снижения негативного воздействия дымовых газов на состояние воздушного бассейна, стали использовать вывод предварительно очищенных газов из производственной зоны на большую высоту с тем, чтобы рассеять их на значительную площадь и тем самым снизить концентрацию до безопасного уровня.
Металлические дымовые трубы преобладают, как в общем объеме эксплуатирующихся, так и строящихся дымовых труб. Кроме того, растет и высота подобных сооружений.
В настоящее время, подавляющее число металлических дымовых труб находится в эксплуатации уже более 15...20 лет и эксплуатируется с дефектами и повреждениями в виде трещин, непроваров, подрезов и т.п. Устранение выявленных дефектов и повреждений происходит лишь при плановых ремонтах или остановках обслуживаемых агрегатов. Существующие в настоящее время методики по расчету долговечности конструкций с трещино-подобными дефектами применительно к стволам металлических дымовых труб не отражают действительной работы сооружений подобного типа и не учитывают всю специфику характера нагружения.
Таким образом, существует необходимость корректировки методики оценки долговечности стволов металлических дымовых труб, эксплуатирующихся с трещиноподобными дефектами, учитывающей специфику температурных и ветровых нагрузок и изменение свойств стали в зависимости от зоны расположения и развития трещины.
Целью настоящей работы является корректировка методики оценки долговечности стволов металлических дымовых труб с трещиноподобными дефектами.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:
1. Проанализировать условия эксплуатации и повреждаемость несущих стволов и футеровки металлических дымовых труб.
2. Проанализировать характер обтекания цилиндрических тел и методику определения ветровой нагрузки на стволы дымовых труб.
3. Провести анализ свойств сталей в эксплуатационном диапазоне температур, применяемых для изготовления стволов металлических дымовых труб.
4. Провести экспериментальные исследования температурного режима эксплуатации и выявить температурный градиент на поверхности стволов в зонах возникновения повреждений футеровки металлических дымовых труб.
5. Проанализировать параметры пульсационного ветрового нагруже-ния и характера работы металлических стволов дымовых труб, выполнить построение блоков циклического нагружения.
6. Скорректировать методику оценки долговечности стволов металлических дымовых труб, эксплуатирующихся с трещиноподобными дефектами, учитывающую специфику температурных и ветровых нагрузок и неоднородность механических свойств зоны расположения и развития трещины.
Научную новизну работы составляют:
- получена формула для вычисления, в любой точке по высоте, температуры газов и температуры в любом конструктивном слое дымовой трубы;
- предложена формула определения температурного градиента в зонах возникновения дефектов и повреждений футеровки металлических дымовых труб;
- применение случайных величин заданного ожидания для генерирования блоков ветрового воздействия в течение годового цикла и последующая обработка полученной циклограммы методом выделения полных циклов (методом "падающего дождя");
- скорректированная методика оценки долговечности стволов металлических дымовых труб, эксплуатирующихся с трещиноподобными дефектами, учитывающая специфику температурных и ветровых нагрузок и неоднородность механических свойств зоны расположения и развития трещины.
На защиту выносятся:
- результаты экспериментальных исследований температурного режима эксплуатации металлических дымовых труб;
- изучение температурного градиента в зонах возникновения дефектов и повреждений футеровки металлических дымовых труб;
- скорректированная методика оценки долговечности стволов металлических дымовых труб, эксплуатирующихся с трещиноподобными дефектами, учитывающая специфику температурных и ветровых нагрузок и неоднородность механических свойств зоны расположения и развития трещины.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Долговечность - свойство технического объекта сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов. Предельное состояние изделия определяется в зависимости от его схемно-конструктивных особенностей, режима эксплуатации и сферы использования. В ряде случаев предельное состояние определяется достижением периода повышенной интенсивности отказов. Применение этого метода обусловлено снижением эффективности эксплуатации изделий, компоненты которых имеют повышенную интенсивность отказов, а также нарушением требований безопасности. Различают показатели долговечности, характеризующие долговечность по наработке и по календарному времени службы. Показатель, характеризующий долговечность изделия по наработке, называется ресурсом, показатель, характеризующий долговечность по календарному времени, — сроком службы.
Интенсивностъ эксплуатации - показатель, характеризующий режим использования изделия; выражается отношением продолжительности эксплуатации изделия к календарному периоду (в часах), в течение которого осуществляется наработка.
Ресурс технический - наработка технического устройства (машины, системы) до достижения им предельного состояния, при котором его дальнейшая эксплуатация невозможна или нежелательна из-за снижения эффективности либо возросшей опасности для человека. Р. т. представляет собой случайную величину, так как продолжительность работы устройства до достижения им предельного состояния зависит от большого числа не поддающихся учёту факторов, таких, например, как условия окружающей среды, структура самого устройства и т.п.
Наработка изделия - продолжительность функционирования изделия либо объём работы, выполненный им за некоторый промежуток времени.
Моделирование - исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих предметов и явлений (живых и неживых систем, инженерных конструкций, разнообразных процессов — физических, химических, биологических, социальных) и конструируемых объектов (для определения, уточнения их характеристик, рационализации способов их построения и т. п.).
Коэффициент интенсивности напряжений (КИИ) — величина, определяющая напряженно деформированное состояние и смещения вблизи вершины трещины для упругого тела, независимо от схемы нагружения, формы и размеров тела и трещины.
Трещиностойкостъ - термин, определяющий способность материала сопротивляться развитию трещин при механических и других воздействиях.
Анализ конструктивных решений металлических дымовых труб
В настоящее время в промышленности используется большое количество промышленных труб предназначенных как для создания тяги, так и для отвода в верхние слои атмосферы и последующего рассеивания вредных газов и газовоздушных смесей. Промышленные трубы по материалу и конструктивным особенностям делятся на: кирпичные; монолитные железобетонные; сборные железобетонные; металлические отдельностоящие трубы и на растяжках; комбинированные (по типу труба в трубе) и вытяжные башни.
Металлические дымовые трубы можно классифицировать по следующим признакам (рис. 1.1-1.4): 1. По типу конструктивного решения: отдельностоящие, на растяжках, в несущей металлической решетчатой башне или в несущей оболочке. 2. По очертанию ствола: постоянного по высоте диаметра (цилиндрические) и с переменным диаметром (с конической нижней частью). 3. По технологическому назначению: футерованные (для отвода дымовых газов с температурой более 100С или агрессивных по воздействию) и не футерованные (как правило вентиляционные) или с наружной теплоизоляцией и без теплоизоляции. 4. По типу опирання: на собственный фундамент, на опорные конструкции или на конструкции обслуживаемого агрегата. 5. По количеству газоотводящих стволов: одноствольные или многоствольные (как правило, в решетчатых башнях или несущих оболочках). 6. По типу восприятия динамического воздействия: с гасителями колебаний (интерцепторами) или без гасителей колебаний.
На протяжении всего периода эксплуатации металлические дымовые трубы испытывают большое количество разнообразных воздействий [2, 10, И, 21, 31, 32, 71, 77, 84, ПО, 127]: силовые (собственный вес конструкций, ветровое давление, эксплуатационные силовые факторы); динамические (от порывов и пульсации ветрового давления и усилий вызванных собственными колебаниями конструкций); температурно-силовые (от эвакуируемых ими газов, от солнечной радиации, суточных колебаний температур, климатических изменений и другое); коррозионные (от атмосферных явлений и воздействия дымовых газов).
На рисунке 1.5 представлена схема эксплуатационного нагружения и основные параметры общих эксплуатационных нагрузок за жизненный цикл сооружения или оборудования.
Стволы металлических дымовых труб подвергаются коррозионным повреждениям в результате воздействия дымовых газов на внутреннюю часть ствола и атмосферным воздействиям снаружи [31, 77, 83]. Интенсивность коррозионных процессов, прежде всего, зависит при атмосферных воздействиях от парциального давления водяного пара и относительной влажности, а при воздействии дымовых газов от агрессивности и температуры.
Основными составляющими продуктов сгорания в трубах являются оксиды углерода и азота, водяной пар, диоксид серы и частицы золы. Наиболее агрессивны по отношению к металлу серосодержащие соединения SO2 и SO3, которые в ассоциированном состоянии с водяными парами образуют серную кислоту. При снижении температуры дымовых газов до точки росы образуется конденсат на внутренней поверхности ствола трубы или футеровки. Установлено что чем больше в газах сернистых соединений, тем ниже точка росы. А при содержании в топливе 3% серы конденсат на стенках трубы может быть в виде серной кислоты концентрацией до 70%.
Исходя из вышесказанного основные коррозионные процессы вызваны образованием конденсата [31]. Рассмотрим три возможных состояния: - температура насыщения конденсирующих веществ меньше температуры газов и температуры поверхности (t t tnac), при таком режиме в трубе исключается конденсация; - температура насыщения конденсирующихся веществ меньше температуры газов, но больше температуры стенки (tI tHac tCT), при таком режиме образование конденсата будет происходить на поверхности; - температура насыщения конденсирующихся веществ больше температуры стенки и температуры газов (tna t tcr), при таком режиме конденсация будет происходить в объеме дымовых газов.
Так же на образование конденсата влияет аэрозольность дымовых газов (содержание твердых частиц) так как именно вокруг них в первую очередь начинается процесс конденсации влаги.
Металлические конструкции подвержены, прежде всего, электрохимической коррозии. Различают два вида электрохимической коррозии: коррозия в электролитах (подвод жидкости к поверхности металла не ограничен) и атмосферная коррозия (электролит присутствует в виде тонкой пленки влаги на поверхности металла).
Коррозионные процессы от атмосферных воздействий, в первую очередь, зависят от влажности и температуры. При увеличении температуры от О до +10С, парциальное давление увеличивается примерно в два раза.
Содержание водяного пара в воздухе называют абсолютной влажно-стью (г/м ).
Интенсивность атмосферной коррозии металла зависит от сезонности колебаний влажность. Максимальная скорость коррозии имеет место в весенне-летний и осенне-зимний периоды. Для средней полосы России это период года с температурой 0...+8С, когда наряду с высокой влажностью выпадает большое количество осадков.
В отличие от коррозионных процессов, протекающих в пористых материалах (бетон, кирпичная кладка и т.д.) количество циклов перехода температуры через 0С, на скорость и интенсивность коррозионных процессов в металле влияния не оказывают.
Теоретические методы расчета температурных полей от эвакуируемых газов
Основным источником нагрева конструкций дымовых труб служат продукты горения, поступающие в трубу и имеющие температуру выше температуры окружающей среды.
С целью изучения вопроса о теплопередаче и теплообмене в дымовых трубах выполнен обзор работ [2, 31, 32, 93, 94, 127].
Тепловой поток через цилиндрическую трубу при теплообмене ее внутренней поверхности с дымовыми газами и наружной поверхности с воздухом представляет собой процесс с граничными условиями III рода (рисунок 2.1). Основной задачей конвективного теплообмена является установление связи между плотностью теплового потоков на поверхностях теплообмена, температурой поверхностей и температурой уходящих газов. У поверхности теплообмена существует неподвижный слой газа (и воздуха), через который теплота передается только путем теплопроводности.
Исходя из вышеизложенного, величина теплового потока определяется по формуле h(ttt) п п 1 1,(/2 1 KZA) Q = + — In—+ axdx 2Л dx a2d2 где Q - тепловой поток; h - высота трубы; tz и te - температура газов и температура наружного воздуха; аг.ст - коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к внутренней поверхности; аст.в - коэффициенты теплоотдачи от наружной стенки ствола к воздуху; diud.2 — диаметр трубы внутренний и наружный. В соответствии с [127] распределение температуры дымовых газов по высоте дымовой трубы рассчитывается по формуле ,= .+( «- .)«ф"Л, (2.2) где tzo - температура дымовых газов на входе в дымовую трубу; d - внутренний диаметр устья трубы; к - общий коэффициент теплопередачи всех слоев стенки трубы; G - расход дымовых газов; Л; - высота расчетного сечения трубы; с - коэффициент теплоемкости дымовых газов.
Для стационарного режима температура по толщине ограждающих конструкций в пределах расчетной зоны определяется по формуле: t = -LIL[R +tR } (2 3) где R0 - общее термическое сопротивление слоев дымовой трубы теп лопередаче; Rz - термическое сопротивление при теплоотдаче от дымовых га зов к внутренней поверхности ствола. -51-Общее термическое сопротивление теплопередаче многослойной стенки в соответствии с граничными условиями III рода определяется как R0=Re+YRi+Re, (2.4) где Rt - термическое сопротивление каждого слоя ствола дымовой трубы теплопередаче; Re - термическое сопротивление при теплоотдаче от наружной по верхности ствола трубы к воздуху; п - количество слоев дымовой трубы.
При отношении общей толщины слоев ограждающих конструкций трубы к наружному диаметру трубы в пределах расчетной зоны меньше 0,1 разницей в площадях тепловоспринимающеи и теплоотдающеи поверхностей можно пренебречь, что для дымовых труб всегда выполняется. В этом случае расчет температурных полей ограждающих конструкций трубы (слоев дымовой трубы) можно вести с использованием формул теплопередачи как через плоскую многослойную стенку тогда формулы расчета термического сопротивление теплопередаче принимают вид Л,=—, R,=y в=—, (2.5) аг-ст Л аст-в где Si - толщина і-ого слоя дымовой трубы; Я,- - коэффициент теплопроводности материала і-ого слоя. Коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к внутренней поверхности трубы определяется по формуле г-ст=— , (2.6) dt где Хг - коэффициент теплопроводности дымовых газов; dj - средний диаметр дымового канала в пределах расчетной зоны; Nu - критерий Нуссельта. Для дымовых труб во всем диапазоне температур характерно развитое турбулентное движение газов. Как показывает опыт теплоотдача на шероховатых поверхностях выше, чем на гладких поверхностях. Исходя из вышеиз -52-ложенного, и вследствие шероховатости поверхности футеровки дымовых труб критерий Нуссельта следует определять как Nu = 0,032 8Pr 3fo)0-05\ (2.7) где Re - критерий Рейнольдса; Рг - критерий Прандтля при температуре газа на входе в трубу; є/ - коэффициент, учитывающий изменение среднего коэффици ента теплоотдачи по высоте трубы (при H/d 50 /=1, для дымовых труб в основном / 1,04...1,05). В общем случае о режиме течения газа в дымовой трубе можно судить по критерию Рейнольдса, который численно равен Re = (2.8) где w - средняя скорость дымовых газов; v - коэффициент кинематической вязкости дымовых газов при температуре газа на входе в трубу. Согласно [31] для простоты определения коэффициента теплоотдачи от газа к футеровке для металлических дымовых труб можно пользоваться номограммой представленной на рисунке 2.2. 40
Методика исключения ошибок и учета погрешностей
Плосконапряженный / плоскодеформируемый конечный элемент (элемент плоской оболочки) В программе для моделирования плосконапряженного (плоскодефор мируемого) состояния используются современные высокоточные конечные элементы. В каждом узле конечного элемента имеются три степени свободы: две поступательные степени свободы и одна вращательная. Использование трех степеней свободы в узле позволяет повысить точность результатов расчета и легко согласовать степени свободы для комбинированных систем (например, балка-стенка-стержень). Используется три типа конечных элементов: два типа гибридных конечных элементов и один тип элементов метода перемещений. При построении гибридных элементов использовался функционал Рейснера, а элементов метода перемещений - функционал Лагранжа. Гибридные элементы типа 1 получены с использованием квадратичной аппроксимации напряжений по площади элемента (для четырехугольных элементов) или линейной аппроксимации напряжений по площади элемента (для треугольных элементов) и квадратичной аппроксимации перемещений по границам элемента (схема Олмана для перемещений). Подробное описание этих элементов содержится в [87, 99]. Гибридные элементы типа 2 получены с использованием квадратичной аппроксимации напряжений по площади элемента (для четырехугольных элементов) или линейной аппроксимации напряжений по площади элемента (для треугольных элементов) и кубической аппроксимации перемещений по границам элемента (схема Пиана). Подробное описание этих элементов содержится в [87]. Элементы метода перемещений (тип 3) получены по схеме Олмана. Их подробное описание содержится в [99].
Изгибно-напряженный конечный элемент (элемент плоской оболочки) В программе для моделирования изгибного напряженного состояния используются современные высокоточные конечные элементы. Используется три типа конечных элементов: два типа гибридных конечных элементов и один тип элементов метода перемещений. Гибридные элементы типа 1 строятся на основе теории толстых плит Миндлина-Рейснера и имеют в узле три стандартные степени свободы: поперечное перемещение и два угла поворота нормали к срединной плоскости. В изгибном элементе поперечное перемещение на границе элемента аппроксимируется полиномом второго порядка, а углы поворота нормали - полиномом первого порядка. Также использована квадратичная аппроксимация напряжений по площади элемента (для четырехугольных элементов) и линейная аппроксимация напряжений по площади элемента (для треугольных элементов). Эти элементы свободны от эффекта "сдвигового запирания" и могут использоваться для расчета толстых и тонких плит. Гибридные элементы типа 2 строятся на основе теории тонких плит Кирхгофа и имеют в узле три стандартные степени свободы: поперечное перемещение и два угла поворота нормали к срединной плоскости равных соответствующим частным производным от поперечного перемещения. Гибридные элементы типа 2 получены с использованием квадратичной аппроксимации напряжений по площади элемента (для четырехугольных элементов) или линейной аппроксимации напряжений по площади элемента (для треугольных элементов) и кубической аппроксимации поперечных перемещений по границам элемента (схема Пиана). Подробное описание этих элементов содержится в [87]. Элементы метода перемещений (тип 3) получены по схеме Батоша на основе теории толстых плит Миндлина-Рейснера и имеют в узле три стандартные степени свободы: поперечное перемещение и два угла поворота нормали к срединной плоскости. Эти элементы также свободны от эффекта "сдвигового запирания" и могут использоваться для расчета толстых и тонких плит. Их подробное описание содержится в [99].
При динамическом расчете задание плотности Rho указывает на то, что из элементных масс будут сгенерированы соответствующие узловые массы. Возможно два способа генерации узловых масс - согласованная генерация узловых масс и несогласованная генерация узловых масс. В первом случае для вычисления узловых масс используются интерполяционные функции перемещений, на основе которых были построены конечные элементы. Во втором случае вычисляется масса конечного элемента и распределяется по узлам этого элемента
Методика оценки долговечности стволов металлических дымовых труб с трещиноподобными дефектами
Для прогнозирования роста усталостных трещин в элементах конструкций, в первую очередь, необходимо располагать информацией о закономерностях роста трещин при циклических нагрузках. Экспериментальное получение КДУР весьма трудоемко. "W кг-г кіс Рис. 4.1. Диаграмма усталостного разрушения в логарифмических координатах ограничивается значением критического КИН при циклическом нагружении. Для малоцикловой и многоцикловой усталости и наиболее достоверного описания полной КДУР используется зависимость КДУР (рис. 4.1) состоит из трех участков, первый участок затухающей скорости развития трещины, ограничивающийся слева асимптотой соответствующей пороговому значению КИН, второй участок характеризует стабильный рост усталостной трещины и описывается эмпирическим уравнением Пэриса-Эрдогана и третий участок, соответствующий переходу от усталостного роста трещины к нестабильному (спонтанному разрушению), справа dN К -К v \"-/с " max (4.7) dl где — - скорость роста усталостной трещины; dN С0, q - эмпирические величины; Kfc - критический коэффициент интенсивности напряжений при циклическом нагружении; Kth - пороговый коэффициент интенсивности напряжений; -101-Kmax - максимальный коэффициент интенсивности напряжений в цикле нагружения. Более простое соотношение, учитывающее локальный характер разрушения в вершине трещины, описывается уравнением Пэриса-Эрдогана, однако данное соотношение описывает лишь средний (линейный) участок полной КДУР (рис. 4.1). - = С(АК)" (4.8) dN где АК - размах коэффициента интенсивности напряжений за один цикл; С, п - экспериментальные константы материала. Коэффициент С и показатель степени п количественно характеризуют сопротивление росту трещины в области средних скоростей (условно линей-ный участок диаграммы, зона 2) 10 dl/dN № мм/цикл.
Для отнулевого цикла, который имеет место при циклическом нагру-жении ветровой нагрузкой для НДС стволов дымовых труб АК = Ктлх=схт!а/К1 (4.9) где атах - максимальное эквивалентное напряжение циклического нагружения. В результате соотношение 4.8 с учетом соотношения 4.9 примет вид j = c{ammfKI :) (4.10)
Критическое значение коэффициента интенсивности напряжений и критическая длина трещины Так как в подавляющем большинстве случаев о"э ао,2 ЧенкУ трещино-стойкости конструкций выполняется по критическому коэффициенту интенсивности напряжений в зависимости от критических значений температур вязко - хрупкого перехода. Условие, при котором статическая трещиностой-кость конструкции обеспечивается, имеет вид: К, К1С (4.1) где К[ - коэффициент интенсивности напряжений (КИН), МПа4м ; -102-Kic - критический коэффициент интенсивности напряжений, МПал[м .
В упругой стадии работы материала как было оговорено выше (оэ о-од) расчет ведется по значениям КИН Ki=cJn$ Z (4.2) где аэ - фактические эксплуатационные напряжения, МПа; -Ст - размер трещины или трещиноподобного дефекта сварки с учетом пластической зоны в вершине трещины, м; fa - поправочная функция в зависимости от НДС и ориентации трещиноподобного дефекта. Учитывая относительную сложность испытаний по критериям механики разрушения, а также ограниченный объем исследуемого материала и широкий температурный диапазон испытаний, в дальнейшем оценка вязкости разрушения проведена, используя корреляционную зависимость полученную B.C. Гиренко [14]. Критический коэффициент интенсивности напряжений Кіс определяется по величине ударной вязкости KCV по формуле: ( Е ) K/C(t,k) = J0,\xKCV(t,k)x (4.3) 11-// где KCV - значение ударной вязкости, МДж/м ; Е - модуль упругости материала, МПа; ц - коэффициент Пуассона. Критическую длину трещины находим из условия (4.2) приняв, что Kf=Kic и im=tKp расчет производим для наименьшей температуры эксплуатации ( v t v\ V (4.6) Klc(t,k) гЛЬ) /кі) \"э Ікр=к -103-4.2.3. Константы в уравнении Пэриса-Эрдогана
Экспериментальный коэффициент С и показатель степени п в уравнении Пэриса-Эрдогана количественно характеризует сопротивление росту трещины в области средних скоростей (№ 9 d/dN lO 5 м/цикл). В этой области, определения экспериментальных показателей, проведено достаточно много исследований, которые показывают что для большинства сталей показатель степени п=2... 10, а параметр С=10 25... 10"8.
