Взаимное влияние дефектов в зоне сварных соединений при различных силовых
Cиловое взаимодействие групповых дефектов несплошности материала в сварных конструкциях не обязательно ограничивается концепцией, согласно которой соседний дефект ухудшает сопротивляемость эксплуатационному нагружению либо не влияет на нее при достаточно большом расстоянии между ними. Рассмотрен вар...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101232 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Взаимное влияние дефектов в зоне сварных соединений при различных силовых нагружениях / В.И. Махненко, Е.А. Великоиваненко, А.С. Миленин, Г.Ф. Розынка, Н.И. Пивторак // Автоматическая сварка. — 2012. — № 7 (711). — С. 3-6. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101232 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Махненко, В.И. Великоиваненко, Е.А. Миленин, А.С. Розынка, Г.Ф. Пивторак, Н.И. 2016-06-01T08:26:45Z 2016-06-01T08:26:45Z 2012 Взаимное влияние дефектов в зоне сварных соединений при различных силовых нагружениях / В.И. Махненко, Е.А. Великоиваненко, А.С. Миленин, Г.Ф. Розынка, Н.И. Пивторак // Автоматическая сварка. — 2012. — № 7 (711). — С. 3-6. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101232 621.791.019 Cиловое взаимодействие групповых дефектов несплошности материала в сварных конструкциях не обязательно ограничивается концепцией, согласно которой соседний дефект ухудшает сопротивляемость эксплуатационному нагружению либо не влияет на нее при достаточно большом расстоянии между ними. Рассмотрен вариант, когда взаимодействие групповых дефектов типа трещин либо дефектов утонения стенки улучшает сопротивляемость эксплуатационному нагружению. It is noted that force interaction of group discontinuity defects of material in welded structures is not necessarily reduced to the concept, according to which the adjacent defect impairs the service load resistance or does not affect it at a sufficiently large distance between them. A variant is considered, when interaction of group defects of the type of cracks or wall thinning defects, improves resistance to service loading. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Взаимное влияние дефектов в зоне сварных соединений при различных силовых Mutual influence of defects in welded joint zone at different force loading Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Взаимное влияние дефектов в зоне сварных соединений при различных силовых |
| spellingShingle |
Взаимное влияние дефектов в зоне сварных соединений при различных силовых Махненко, В.И. Великоиваненко, Е.А. Миленин, А.С. Розынка, Г.Ф. Пивторак, Н.И. Научно-технический раздел |
| title_short |
Взаимное влияние дефектов в зоне сварных соединений при различных силовых |
| title_full |
Взаимное влияние дефектов в зоне сварных соединений при различных силовых |
| title_fullStr |
Взаимное влияние дефектов в зоне сварных соединений при различных силовых |
| title_full_unstemmed |
Взаимное влияние дефектов в зоне сварных соединений при различных силовых |
| title_sort |
взаимное влияние дефектов в зоне сварных соединений при различных силовых |
| author |
Махненко, В.И. Великоиваненко, Е.А. Миленин, А.С. Розынка, Г.Ф. Пивторак, Н.И. |
| author_facet |
Махненко, В.И. Великоиваненко, Е.А. Миленин, А.С. Розынка, Г.Ф. Пивторак, Н.И. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2012 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Mutual influence of defects in welded joint zone at different force loading |
| description |
Cиловое взаимодействие групповых дефектов несплошности материала в сварных конструкциях не обязательно ограничивается концепцией, согласно которой соседний дефект ухудшает сопротивляемость эксплуатационному нагружению либо не влияет на нее при достаточно большом расстоянии между ними. Рассмотрен вариант, когда взаимодействие групповых дефектов типа трещин либо дефектов утонения стенки улучшает сопротивляемость эксплуатационному нагружению.
It is noted that force interaction of group discontinuity defects of material in welded structures is not necessarily reduced to the concept, according to which the adjacent defect impairs the service load resistance or does not affect it at a sufficiently large distance between them. A variant is considered, when interaction of group defects of the type of cracks or wall thinning defects, improves resistance to service loading.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101232 |
| citation_txt |
Взаимное влияние дефектов в зоне сварных соединений при различных силовых нагружениях / В.И. Махненко, Е.А. Великоиваненко, А.С. Миленин, Г.Ф. Розынка, Н.И. Пивторак // Автоматическая сварка. — 2012. — № 7 (711). — С. 3-6. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT mahnenkovi vzaimnoevliâniedefektovvzonesvarnyhsoedineniiprirazličnyhsilovyh AT velikoivanenkoea vzaimnoevliâniedefektovvzonesvarnyhsoedineniiprirazličnyhsilovyh AT mileninas vzaimnoevliâniedefektovvzonesvarnyhsoedineniiprirazličnyhsilovyh AT rozynkagf vzaimnoevliâniedefektovvzonesvarnyhsoedineniiprirazličnyhsilovyh AT pivtorakni vzaimnoevliâniedefektovvzonesvarnyhsoedineniiprirazličnyhsilovyh AT mahnenkovi mutualinfluenceofdefectsinweldedjointzoneatdifferentforceloading AT velikoivanenkoea mutualinfluenceofdefectsinweldedjointzoneatdifferentforceloading AT mileninas mutualinfluenceofdefectsinweldedjointzoneatdifferentforceloading AT rozynkagf mutualinfluenceofdefectsinweldedjointzoneatdifferentforceloading AT pivtorakni mutualinfluenceofdefectsinweldedjointzoneatdifferentforceloading |
| first_indexed |
2025-11-26T16:23:04Z |
| last_indexed |
2025-11-26T16:23:04Z |
| _version_ |
1850627854244511744 |
| fulltext |
УДК 621.791.019
ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ В ЗОНЕ
СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ
СИЛОВЫХ НАГРУЖЕНИЯХ
Академик НАН Украины В. И. МАХНЕНКО, Е. А. ВЕЛИКОИВАНЕНКО, канд. физ.-мат. наук,
А. С. МИЛЕНИН, канд. техн. наук, Г. Ф. РОЗЫНКА, Н. И. ПИВТОРАК, инженеры
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Cиловое взаимодействие групповых дефектов несплошности материала в сварных конструкциях не обязательно
ограничивается концепцией, согласно которой соседний дефект ухудшает сопротивляемость эксплуатационному
нагружению либо не влияет на нее при достаточно большом расстоянии между ними. Рассмотрен вариант, когда
взаимодействие групповых дефектов типа трещин либо дефектов утонения стенки улучшает сопротивляемость
эксплуатационному нагружению.
К л ю ч е в ы е с л о в а : сварные соединения, взаимодействие
между групповыми дефектами, параллельные дефекты, кол-
линеарные дефекты, вероятность разрушения
Степень поврежденности той или иной конс-
трукции в конкретных условиях эксплуатации
обычно определяется количеством обнаруженных
недопустимых дефектов. Естественно, что чем
больше таких дефектов, тем более поврежденной
считается обследуемая конструкция. Существу-
ющие правила учета взаимного влияния дефектов
[1–3 и др.] обычно сводятся к объединению по
соответствующим правилам двух и более близко
расположенных по отношению друг к другу до-
пустимых дефектов в один независимый допус-
тимый (недопустимый) дефект на основе кон-
цепции, согласно которой соседний дефект ухуд-
шает либо не влияет на сопротивляемость экс-
плуатационному нагружению данного дефекта.
Такая концепция достаточно проста, но в це-
лом ряде случаев она слишком консервативна, так
как не учитывает возможность третьей альтерна-
тивы, а именно, что соседний дефект может раз-
гружать данный дефект и таким образом повы-
шать его работоспособность в конкретных усло-
виях эксплуатации.
Учет этой третьей альтернативы при техни-
ческой диагностике конструкций требует соответ-
ствующих расчетных методик, нормативной базы
и т. п., но, тем не менее, принимая во внимание
современные тенденции развития вычислитель-
ной техники, методов математического модели-
рования, информационных систем, а также рас-
тущие требования к оптимизации создаваемых от-
ветственных конструкций, перспективность соот-
ветствующих разработок не вызывает сомнений,
особенно для прогноза ресурса безопасной экс-
плуатации сварных конструкций длительного сро-
© В. И. Махненко, Е. А. Великоиваненко, А. С. Миленин, Г. Ф. Розынка, Н. И. Пивторак, 2012
Рис. 1. Зависимость FI = KI
⁄ (σ√⎯⎯⎯πa ) от d/2а [4]
Т а б л и ц а 1. Численные результаты [4]
2а/d FI
0 1,0000*
0,2 0,9855*
0,4 0,9508*
0,6 0,9089*
0,8 0,8727*
1,0 0,8319
1,25 0,8037
2 0,7569
5 0,6962
10 0,6651
100 0,5846
* Пластина с центральной трещиной.
7/2012 3
ка службы по результатам соответствующих тех-
нических диагностик их состояния.
В данной работе рассматривается такая воз-
можность для достаточно характерных эксплуа-
тационных дефектов сварных конструкций в виде
трещин и утонений.
Начнем с простейших примеров взаимодейс-
твия двух и трех сквозных параллельных трещин
одинаковых размеров в неограниченной пластине,
равномерно растягиваемой по нормали к плос-
кости трещин (рис. 1, 2) напряжением σ. Харак-
теристикой нагружения таких дефектов является
коэффициент интенсивности напряжений в вер-
шине трещин KI. Соответствующие данные из [4]
для случая двух трещин приведены на рис. 1 и
в табл. 1, а для трех трещин — на рис. 2 в за-
висимости от расстояния между трещинами d. Из
этих данных видно, что уменьшение d заметно
снижает значения KI как для двух, так и для трех
трещин.
Объяснение такого факта вытекает из поля ло-
кальных напряжений, возникающего вокруг кон-
цов трещины. На рис. 3 приведена типовая кар-
тина распределения напряжений σzz в зоне сквоз-
ной трещины 2а = 20 мм с нормалью z в поло-
се-пластине в плоскости z = 0. Видно, что на бе-
регах трещины z = 0 σzz = 0, а затем по мере
увеличения z напряжения σzz постепенно возрас-
тают до 300 МПа, приложенных на границе z =
= 500 мм. Ширина полосы 2Lx = 200 мм, мате-
риал — сталь с пределом текучести σт =
= 420 МПа. Таким образом, вблизи трещины —
ее свободных берегов — возникает поле разгрузки
Рис. 3. Зона разгрузки для случая а = 10 мм одиночной трещины в пластине 2Lz = 1000 мм, 2Lx = 200 мм, сталь c σт =
= 420 МПа, σ = 300 МПа
Рис. 4. Протяженность зоны разгрузки по оси x = 0 для
одиночной трещины в пластине Lz × Lx
Рис. 2. Равномерное растяжение плоскости с тремя парал-
лельными трещинами равной длины по нормали к линиям
трещин (а) и зависимость FI, A (сплошная кривая) и FI, B
(штриховая) от 2а/d (б)
4 7/2012
по напряжениям σzz, что естественно скажется на
значениях KI, если в этом поле поместить вторую
трещину, что достаточно убедительно демонстри-
руют данные на рис. 1 и в табл. 1. Поскольку
зона разгрузки имеет конечные размеры, то при
достаточно больших d взаимодействие между дву-
мя трещинами становится незначительным.
Характерно, что протяженность зоны разгруз-
ки Lσ по оси z зависит от размеров трещины 2а
и габаритных размеров полосы 2Lz × 2Lx, что вид-
но из данных на рис. 4. Таких примеров взаи-
модействия параллельных дефектов-трещин при-
менительно к сварным соединениям в практике
диагностики можно найти достаточно много. Нап-
ример, крестовое соединение из элементов дос-
таточно большой толщины t, сваренных угловыми
швами с катетом S при неполном проплавлении,
образующем два протяженных (вдоль сварного
шва) дефекта несплошности материала (трещины)
размером 2а (рис. 5). Это соединение достаточно
хорошо исследовано и при растяжении (рис. 5,
а) и при изгибе (рис. 5, б) [4], что позволяет ис-
пользовать данные относительно Kθ
max
как при
оценке хрупкой прочности, так и при оценке роста
величины 2а при циклических нагрузках [3]. На
рис. 5 параметр ε = l/t2, где l = S — катет углового
шва; t2 — толщина неразрезного элемента —
расстояние между параллельными дефектами,
при прочих равных условиях демонстрирует вли-
яние t2 на величину Kθ
max
, т. е. взаимодействие
дефектов.
Отметим, что эффект параллельности дефек-
тов в соответствующем поле номинальных нап-
Рис. 5. Зависимость F(λ) (F = Kθmax
/σ√⎯⎯t1 ), t1 = t2 при растяжении (а) и изгибе (б) на крестовом соединении [4]
Рис. 6. Схема цилиндрической оболочки-трубы с продольны-
ми канавочными дефектами утонения
Т а б л и ц а 2. Результаты расчета вероятности отказа p по (2) для канавочных дефектов утонения (рис. 6) при
различных расстояниях между дефектами d и давлениях P
№ варианта Давление P, МПа Один дефект
Два дефекта
d = 90 мм d = 60 мм d = 48 мм
1 7 0,00075 0 0 0
2 8 0,0068 0,0013 0,0010 0,0010
3 9 0,0500 0,0072 0,0057 0,0049
4 10 0,1600 0,0290 0,0268 0,0200
7/2012 5
ряжений проявляется не только для трещинооб-
разных дефектов, но и для дефектов утонения.
Например, в цилиндрической оболочке-трубе два
канавочных дефекта утонения вдоль образующей
трубы при параллельности их расположения
(рис. 6), взаимодействуя друг с другом, в случае
внутритрубного давления P снижают критическое
давление в трубе в зависимости от расстояния
между дефектами d. Ниже приведены результаты
численных расчетов с использованием методики
работы [5]. Дефекты с габаритными размерами
s×c×a (а — максимальная глубина дефекта) мо-
делируются полуэллипсоидом на поверхности
трубы, т. е. поверхность дефекта описывается в
системе координат r, β, z уравнением
⎛
⎜
⎝
2z
s
⎞
⎟
⎠
2
+ ⎛⎜
⎝
2βr
c
⎞
⎟
⎠
2
+ ⎛⎜
⎝
R – r
a 2⎞
⎟
⎠
2
= 1 (2R = D). (1)
При внутреннем давлении максимальные ок-
ружные напряжения σββ возникают в средних
плоскостях β = 0 и β = d/R. Вероятность разру-
шения в этих плоскостях площадью F согласно
[5] определяется зависимостью Вейбулла
p = 1 – exp [– ∫
F
⎛
⎜
⎝
σββ(0, r, z) – A
B
⎞
⎟
⎠
4
dF ]
при σββ (0, r, z) > A,
(2)
где A, B — параметры распределения Вейбулла,
определяемые для данного материала эксперимен-
тально. Если использовать экспериментальные
данные из [2], то можно принять для стальной
трубы A = (σт + σв)/2, соответственно для оди-
ночного дефекта в трубе D = 1420 мм, δ = 28 мм,
A = 500 МПа, σт = 440 МПа.
Соответствующий расчет напряженно-дефор-
мированного состояния для указанных исходных
данных показывает, что при P = 9 МПа в случае
одиночного дефекта при s = 66 мм, c = 40 мм,
a = 14 мм p ≈ 0,05 по [2], что соответствует B =
= 470 МПа. С учетом такого значения B были
рассчитаны по (2) значения p, приведенные в
табл. 2 при различных d и P.
Выводы
1. Взаимодействие дефектов при силовом нагру-
жении сварных конструкций в значительной сте-
пени зависит от геометрии дефектов и их поло-
жения относительно направления действия сило-
вой нагрузки.
2. Наиболее исследовано взаимодействие де-
фектов несплошности материала типа трещин и
утонений, лежащих в одном нагруженном сечении
изделия, так называемых коллинеарных дефектов.
Имеются соответствующие схемы объединения
таких дефектов в зависимости от габаритных раз-
меров дефектов и расстояний между ними.
3. В отличие от коллинеарных дефектов па-
раллельные дефекты типа трещин и канавочных
утонений, расположенные в различных, но парал-
лельных сечениях изделия, обычно разгружают
друг друга, поэтому менее опасны при сближении
по сравнению с аналогичными коллинеарными де-
фектами.
4. В настоящее время, благодаря развитию ин-
формационных технологий и средств вычисли-
тельной техники, имеется возможность оценить
взаимодействие обнаруженных дефектов в свар-
ных конструкциях на основе соответствующих ре-
шений механики деформирования для упруго-
пластических сплошных сред с трещинами либо
дефектами утонения.
1. МР-125-01–90. Расчет коэффициентов интенсивности
напряжений и коэффициентов ослабления сечений для
дефектов в сварных соединениях. — Киев, 1990. — 55 с.
2. Fitness-for-service. American Petroleum Institute. Recom-
mended Practice 579. — 2000. — 625 p.
3. Махненко В. И. Ресурс безопасной эксплуатации свар-
ных соединений и узлов современных конструкций. —
Киев: Наук. думка, 2006. — 618 с.
4. Справочник по коэффициентам интенсивности напряже-
ний / Под ред. Ю. Муракави. — М.: Мир, 1999. — Т. 1,
2. — 1013 с.
5. Совершенствование метода оценки риска разрушения в
зоне утонений стенки магистральных трубопроводов /
В. И. Махненко, Е. А. Великоиваненко, Г. Ф. Розынка,
Н. И. Пивторак // Автомат. сварка. — 2010. — № 5. —
С. 16–21.
It is noted that force interaction of group discontinuity defects of material in welded structures is not necessarily reduced
to the concept, according to which the adjacent defect impairs the service load resistance or does not affect it at a
sufficiently large distance between them. A variant is considered, when interaction of group defects of the type of cracks
or wall thinning defects, improves resistance to service loading.
Поступила в редакцию 02.03.2012
6 7/2012
|