Определение причин возникновения трещин в конструктивных элементах башни новой вентиляционной трубы на Чернобыльской АЭС
Выполнен анализ проектной и эксплуатационной документации, а также соответствие фактических нагрузок и режимов эксплуатации новой вентиляционной трубы требованиям данной документации. Проанализированы результаты неразрушающего контроля основного металла и сварных соединений конструктивных элементов...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103253 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Определение причин возникновения трещин в конструктивных элементах башни новой вентиляционной трубы на Чернобыльской АЭС / В.М. Тороп, Э.Ф. Гарф, А.В. Якимкин, Е.Е. Гопкало // Автоматическая сварка. — 2014. — № 1 (728). — С. 5-16. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859521392771334144 |
|---|---|
| author | Тороп, В.М. Гарф, Э.Ф. Якимкин, А.В. Гопкало, Е.Е. |
| author_facet | Тороп, В.М. Гарф, Э.Ф. Якимкин, А.В. Гопкало, Е.Е. |
| citation_txt | Определение причин возникновения трещин в конструктивных элементах башни новой вентиляционной трубы на Чернобыльской АЭС / В.М. Тороп, Э.Ф. Гарф, А.В. Якимкин, Е.Е. Гопкало // Автоматическая сварка. — 2014. — № 1 (728). — С. 5-16. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Выполнен анализ проектной и эксплуатационной документации, а также соответствие фактических нагрузок и режимов
эксплуатации новой вентиляционной трубы требованиям данной документации. Проанализированы результаты неразрушающего контроля основного металла и сварных соединений конструктивных элементов новой вентиляционной
трубы на ЧАЭС. Трещины в узлах башни новой вентиляционной трубы ЧАЭС носят системный характер. Они образовались в зонах сварных узловых соединений трех верхних ярусов башни, в которых элементы решетки выполнены
из труб сечением 193,7×6 мм. В настоящий момент трещины выявлены в 17 узлах прорезной фасонки стойки и в 17
узлах крепления раскосов к распорке. Отобраны темплеты, представляющие собой трещиносодержащие фрагменты
фасонок — конструктивних элементов новой вентиляционной трубы ЧАЭС, изготовлены образцы и проведены экспериментальные исследования химического состава, микротвердости, механических свойств и структуры основного
металла, металла зоны термического влияния и металла шва. Определены причины и механизмы возникновения трещин в конструктивных элементах новой вентиляционной трубы при проведении материаловедческих исследований
на двух вырезанных темплетах. Фрактографические исследования выявили усталостный характер возникновения и
развития поверхностных трещин в фасонках. Аэродинамический и прочностной расчеты сооружения и отдельных его
элементов убедительно показали, что причиной возникновения трещин являются резонансные колебания раскосов в
верхних трех секциях башни, направленные из плоскости граней и вызывающие переменные изгибные напряжения в
узлах. Определены частоты колебаний и усилия, передаваемые на узлы. Поля напряжений, вызванные периодическими
усилиями в раскосах, подтверждают зону образования и развития разрушения, а максимальные уровни напряжений
значительно превосходят пределы усталости сварных соединений. Сделан вывод о том, что в проекте башни использованы устаревшие конструктивные решения узлов, характеризующиеся многочисленными зонами высокой концентрации
напряжений, низким сопротивлением усталости и низкой сопротивляемостью коррозионным воздействиям.
|
| first_indexed | 2025-11-25T21:02:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
51/2014
УДК 624.072.002.2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТРЕЩИН
В КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ БАШНИ
НОВОЙ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ ТРУБЫ
НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС
В. М. ТОРОП1, Э. Ф. ГАРФ1, А. В. ЯКИМКИН1, Е. Е. ГОПКАЛО2
1 ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. Е-mail: office@paton.kiev.ua
2 Ин-т проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАНУ. 01014, г. Киев-14, ул. Тимирязевская, 2. E-mail: office@ipp.kiev.ua
Выполнен анализ проектной и эксплуатационной документации, а также соответствие фактических нагрузок и режимов
эксплуатации новой вентиляционной трубы требованиям данной документации. Проанализированы результаты нераз-
рушающего контроля основного металла и сварных соединений конструктивных элементов новой вентиляционной
трубы на ЧАЭС. Трещины в узлах башни новой вентиляционной трубы ЧАЭС носят системный характер. Они обра-
зовались в зонах сварных узловых соединений трех верхних ярусов башни, в которых элементы решетки выполнены
из труб сечением 193,7×6 мм. В настоящий момент трещины выявлены в 17 узлах прорезной фасонки стойки и в 17
узлах крепления раскосов к распорке. Отобраны темплеты, представляющие собой трещиносодержащие фрагменты
фасонок — конструктивних элементов новой вентиляционной трубы ЧАЭС, изготовлены образцы и проведены экс-
периментальные исследования химического состава, микротвердости, механических свойств и структуры основного
металла, металла зоны термического влияния и металла шва. Определены причины и механизмы возникновения тре-
щин в конструктивных элементах новой вентиляционной трубы при проведении материаловедческих исследований
на двух вырезанных темплетах. Фрактографические исследования выявили усталостный характер возникновения и
развития поверхностных трещин в фасонках. Аэродинамический и прочностной расчеты сооружения и отдельных его
элементов убедительно показали, что причиной возникновения трещин являются резонансные колебания раскосов в
верхних трех секциях башни, направленные из плоскости граней и вызывающие переменные изгибные напряжения в
узлах. Определены частоты колебаний и усилия, передаваемые на узлы. Поля напряжений, вызванные периодическими
усилиями в раскосах, подтверждают зону образования и развития разрушения, а максимальные уровни напряжений
значительно превосходят пределы усталости сварных соединений. Сделан вывод о том, что в проекте башни использо-
ваны устаревшие конструктивные решения узлов, характеризующиеся многочисленными зонами высокой концентрации
напряжений, низким сопротивлением усталости и низкой сопротивляемостью коррозионным воздействиям. Библиогр.
12, табл. 1, рис. 20.
К л ю ч е в ы е с л о в а : сварные соединения, сварные узлы, усталость, резонанс, долговечность, фрактография, ме-
таллографические исследования, усталостная трещина, расчет на прочность, новая вентиляционная труба, Черно-
быльская АЭС
В ходе анализа проектной документации уста-
новлено, что возведение новой вентиляционной
трубы (НВТ) выполнено над помещением 7001
блока В главного корпуса второй очереди Черно-
быльской АЭС (ЧАЭС) между осями Д1-Ж/36-37.
Главный корпус второй очереди ЧАЭС представ-
ляет собой сложное сооружение, включающее 3-й
энергоблок, разрушенный 4-й энергоблок (объ-
ект «Укрытие») и общий для обоих энергоблоков
блок В. На отметке 74,500 м блока В между осями
И-Н/36-40 расположена существующая вентиля-
ционная труба ВТ-2.
Новая вентиляционная труба (НВТ) представ-
ляет собой башню в виде несущего стального
каркаса с расположенным в нем газоотводящим
стволом, диаметр которого составляет 6,0 м. Не-
сущий каркас башни НВТ — четырехгранная про-
странственная решетчатая конструкция с размера-
ми в плане 8,05×8,05 м (в осях) и высотой 50,0 м.
Внутри башни с шагом 7,2 м предусмотрены го-
ризонтальные диафрагмы, совмещенные с пере-
ходными площадками. Для доступа на площадки
предусмотрены вертикальные лестницы-стремян-
ки. Башня НВТ опирается на металлический
опорный контур на отметке 71,650 м. Стойки баш-
ни, основные связи и решетки между стойками
выполнены из цилиндрических электросварных
труб.
Газоотводящий ствол диаметром 6,0 м с четырь-
мя вертикальными ребрами жесткости опирается на
металлический контур на отметке 71,650 м. Отмет-
ка верха газоотводящего ствола 125,000 м. Через
каждые 7,2 м по высоте газоотводящий ствол рас-
крепляется в горизонтальном направлении к ди-
афрагмам башни. Стыки газоотводящего ствола
выполняются фланцевыми соединениями на бол-
© В. М. Тороп, Э. Ф. Гарф, А. В. Якимкин, Е. Е. Гопкало, 2014
6 1/2014
тах. Для связи газоотводящего ствола с помеще-
нием 7001 блока В предусматривается демонтаж
керамзитобетонных плит покрытия на отметке
71,000 м в осях Д1-Ж/36-37.
Металлический опорный контур представ-
ляет собой систему балок, раскрепленных го-
ризонтальными связями. На две главные балки
опорного контура, располагаемые по осям Д1 и
Ж, крепятся стойки башни НВТ. Главные балки
опорного контура крепятся к существующим же-
лезобетонным конструкциям блока В в четырех
местах на отметке 70,700 м по осям Д1-Ж/36-37.
Опорные узлы крепления главных балок рассчи-
таны на восприятие вертикальных (в том числе и
отрывающих) и горизонтальных нагрузок от НВТ.
Раскосы нижних ярусов башни НВТ – трубы
диаметром 245 мм с толщиной стенки 8 мм для
раскосов ВС1. Для раскосов ВС2 принята труба
219×6 мм. Раскосы ВС3, установленные на от-
метке 100,36…121,96 м, выполнены из трубы
193,7×6 мм. Гибкость раскосов λ ВС3 составляет
170. Гибкость раскосов ВС1 и ВС2 составляет 130
и 150 соответственно, при этом негативное влия-
ние колебаний для этих элементов менее заметно.
Следует также учитывать, что фасонки на нижних
ярусах выполнены из листового проката большей
толщины, чем фасонки в узлах крепления раско-
сов ВС3, толщина которых составляет 12 мм. Со-
гласно данным, приведенным в [1], потенциально
опасной областью возникновения автоколебаний
круглых стальных стержней решетчатых кон-
струкций являются элементы с λ от 100 до 350.
Проведенное специалистами Института элек-
тросварки им Е. О. Патона НАН Украины обсле-
дование узловых соединений башни НВТ и выяв-
ленные при этом трещиноподобные дефекты [2],
материаловедческие исследования металла в зоне
образования трещин и детальный анализ поверх-
ности излома [3], позволяют взвешено и аргумен-
тировано подойти к установлению причины обра-
зования трещин в узлах НВТ.
В ходе обследования металлических конструк-
ций несущего каркаса НВТ в уровне верхних яру-
сов каркаса башни на отметках 114,92, 107,72,
100,52 м [2] выявлены следующие недостатки:
♦ отсутствие монтажных болтов вследствие
расцентровки отверстий в соединительных фа-
сонках (вызвано нарушениями геометрической
точности при сборке каркаса);
♦ наличие трещин в верхней части верти-
кальных фасонок стоек в местах примыкания
раскосов.
Обращает на себя внимание тот факт, что распо-
ложение выявленных трещин носит системный ха-
рактер. Все трещины обнаружены в трех верхних
секциях башни. Общим для этих секций является
то, что элементы решетки выполнены из цилиндри-
ческих труб сечением 193,7х6 мм, а фасонки име-
ют толщину стенки 12 мм. В этих секциях из 24
узлов примыкания решетки к прорезной фасонке
стойки башни в 17 выявлены трещины, а из 24 уз-
лов соединения раскоса с распоркой обнаружены
в 17 (рис. 1). Следует отметить, что специалисты
проводили обследование в условиях высокого ра-
диационного фона, и были ограничены во време-
ни. Поэтому велика вероятность того, что не все
трещины выявлены.
Трещины имеют разную протяженность. Они
зарождаются от края в верхней части узловой фа-
сонки (узел примыкания элементов решетки к
стойке башни) и развиваются вниз вдоль фасонки
и в глубину (рис. 1, а). В узле сопряжения раско-
сов с распоркой трещины имеют место в соедине-
нии ребра с трубой раскоса через тонкую заглуш-
ку, обеспечивающую герметизацию внутренней
полости раскосов (рис. 1, б).
Еще одна характерная особенность:в узлах
стойки башни трещины образуются с двух сторон
фасонки, развиваясь по глубине и продвигаясь на-
встречу друг другу. Трещины развиваются по гра-
нице перехода от углового сварного шва, соеди-
няющего стойку башни с прорезной фасонкой, к
основному металлу фасонки. В тех случаях, когда
угловые швы с одной и другой стороны фасонки
имеют разные катеты, трещины развиваются с со-
ответствующим смещением.
Характерный вид трещиноподобных дефектов,
выявленных неразрушающим контролем, приве-
ден на рис. 2.
С целью установления причин зарождения тре-
щиноподобных дефектов в металлоконструкциях
НВТ выполнены металлографические и фракто-
графические исследования. Темплеты фасонок с
предполагаемыми трещинами вырезаны на отмет-
ках 36Ж+114 (место вырезки показано на рис. 3)
– темплет № 1 и 36Д1+107 (схема вырезки показа-
на на рис. 4) – темплет № 2, соответственно. Со-
гласно документации, металл фасонок (лист тол-
щиной 12 мм) – низкоуглеродистая строительная
сталь класса С255.
Для идентификации материала фасонок был
проведен анализ химического состава основного
металла фасонок (оптико-эмиссионный спектро-
метр Q2 ION на базе CCD детекторов) результаты
которого представлены в таблице.
По химическому составу (содержанию марган-
ца) заявленный металл фасонок не удовлетворя-
ет требованиям, предъявляемым ГОСТ 380-94 к
сталям марок Ст3Гпс и Ст3Гсп (аналогов стали
С255), хотя, согласно ГОСТ 27772-88, удовлетво-
ряет стали С255 (таблица). Кроме того, для точ-
ной идентификации марки стали фасонок были
71/2014
проведены механические испытания, результаты
которых подтвердили их соответствие стали С255
(согласно требованиям ГОСТ 1497-84). Прове-
денные при температуре 20 ºС механические ис-
пытания стандартных гладких образцов показали
средние значения предела прочности 453 МПа,
предела текучести 285 МПа, относительного уд-
линения 31,7 и относительного сужения 54,4.
С целью анализа (выяснения) причин и меха-
низмов образования трещиноподобных дефектов
в конструкции выполнены комплексные исследо-
вания представленных темплетов в районе свар-
ных соединений, включающие визуальный ос-
мотр, металлографический анализ на оптическом
инвертированном микроскопе «AXIOVERT 40-
MAT» и фрактографический анализ на модерни-
зированном растровом электронном микроскопе
РЭМ-100У.
Вырезку образцов для металлографических ис-
следований проводили в плоскости поперечного
сечения S-T фасонок перпендикулярно плоскости
прокатки листа L-T, (где L — направление про-
катки, совпадающее с продольным направлением
сварного шва; T — направление в плоскости про-
катки; S — направление, перпендикулярное к пло-
скости прокатки).
Темплет №1 в состоянии поставки по одной из
сторон вырезан в плоскости трещины L-S вдоль
углового сварного шва перпендикулярно пло-
скости прокатки листа фасонки L-T (рис. 5). По-
верхность трещины в плоскости реза покрыта
продуктами коррозии и поэтому перед фрактогра-
фическим исследованием провели ультразвуко-
вую очистку поверхностей от продуктов коррозии
в ультразвуковом диспергаторе УЗДН, используя
2%-ный спиртовый раствор щавелевой кислоты, а
затем чистый этиловый спирт. На рис. 5, в показан
фрагмент фасонки в плоскости трещин L–S после
снятия защитного слоя с внешних поверхностей
листа и очистки поверхностей трещин от продук-
тов коррозии.
Фрактографические исследования поверхно-
стей раскрытых трещин в плоскости реза позво-
лили выявить очаги зарождения и механизмы
распространения трещин в сварном соединении
темплета № 1, хотя сама зона сварного шва в тем-
плете отсутствует. На основании фрактографиче-
ских исследований трещины идентифицируются
как усталостные, зарождающиеся на поверхност-
ных дефектах. Очаги усталостных трещин отме-
чены стрелками на рис. 5, в. На рис. 6 представлен
характерный фрагмент фрактограммы фасон-
ки с усталостной трещиной (с очагом зарожде-
ния, характерным рельефом разрушения и сле-
дами остановки фронта усталостной трещины).
Магистральная трещина образовалась в резуль-
тате слияния нескольких усталостных трещин,
которые возникли из разных очагов на внешней
поверхности фасонки и проросли вглубь образца
на 5…6 мм (приблизительно на половину толщи-
ны листа фасонки). На некоторых участках изло-
Рис. 1. Примеры развития трещин в узлах раскосов башни (а,
б — см. в тексте)
Рис. 2. Трещиноподобные дефекты в узле примыкания раско-
сов к стойке башни
Рис. 3. Узел примыкания раскосов к стойке башни после вы-
резки темплета № 1
Рис. 4. Схема вырезки темплета № 2 (трещиносодержащий
фрагмент фасонки с полной структурой шва до конца обна-
руженной трещины)
8 1/2014
ма наблюдаются крупные глобулярные неметал-
лические включения по размеру соизмеримые с
ферритом основного металла (ОМ) фасонки (воз-
можно, трещина в таких местах пересекала зону
сплавления).
Как показали металлографические исследова-
ния фрагментов профиля трещины в плоскости
S–T одного из поперечных сечений, трещина за-
рождалась на внешней поверхности фасонки на
участке крупного зерна зоны термического влия-
ния (ЗТВ).
Причем вдоль линии профиля первичной тре-
щины (в поперечном сечении сварного соедине-
ния) наблюдаются мелкие вторичные микротре-
щины расслоя длиной несколько микрометров,
ориентированные вдоль текстуры прокатки, а на
расстоянии порядка 5 мм от внешней поверхности
образовалась уже протяженная вторичная трещи-
на расслоя порядка 450…500 мкм (рис. 7), также
обусловленная текстурой прокатки. Она распро-
странялась вдоль вытянутых перлитных колоний
и сульфидных включений, которые наблюдаются в
исследуемом сечении темплета (см. увеличенный
фрагмент на рис. 7).
На рис. 8 изображен фрагмент темплета № 2
сварного соединения в плоскости S–T после трав-
ления в 4%-ом растворе азотной кислоты в этило-
вом спирте с обозначением участков сварного шва
(СШ), ЗТВ и ОМ.
Микроструктура ОМ фасонки представляет
ферритно-перлитную смесь полиэдрического фер-
Химический состав металла, мас. %
Источник дан-
ных C Si Mn P S Cr Mo Ni Cu Al Co
Q2 ION
спектрометр
0.146…
...0,158
0.134…
...0,17
0,60…
...0,62
<0,03 <0,010
0,026…
...0,032
<0.010 <0,010 <0,005 0,047 0,016
ГОСТ
27772-88
(С255)
≤0,22
0,15…
...0,30
≤0,65 ≤0,04 ≤0,05 ≤0,30 — ≤0,30 ≤0,30 — —
ГОСТ 380-94
(Ст3Гпс)
0,14…
...022
≤0,15 0,8…1,1 ≤0,04 ≤0,05 ≤0,30 — ≤0,30 ≤0,30 — —
ГОСТ 380-94
(Ст3Гсп)
0,14..
...020
0,15…
...0,30
0,81,1 ≤0,04 ≤0,05 ≤0,30 — ≤0,30 ≤0,30 — —
Рис. 6. Фрактограмма фасонки (темплет № 1) в плоскости
L–S с усталостной трещиной (белым контуром обозначен
очаг усталостной трещины, стрелка — направление фронта
трещины)
Рис. 5. Темплет № 1 с раскрытой трещиной: а — внешний вид темплета; б, в — фрагмент фасонки в плоскости трещин L–S
соответственно до и после очистки поверхностей трещин от продуктов коррозии (сечение A–A фасонки); г — плоскость ми-
крошлифа в плоскости S–T (сечение В–В фасонки)
91/2014
рита с незначительным количеством мелкозерни-
стого перлита. При общей разнозеренности фер-
рита (14…30 мкм) средний размер ферритных
зерен составляет 20…25 мкм. В ферритных зер-
нах наблюдается высокая плотность мелкодис-
персного карбида. Для ОМ фасонки характерна
полосчатая структура прокатки. Измерение ми-
кротвердости при нагрузке 0,5 Н проведено на
микротвердомере Т-Durascan-20 согласно ГОСТ
9450–84. Микротвердость зерен феррита в ОМ, в
зависимости от плотности мелкодисперсного кар-
бида в них, колеблется в пределах НV 1500…1670,
а перлита : НV ~ 1770…1930 МПа.
В зонах сварных швов дефекты в виде ми-
кротрещин не обнаружены. Микроструктура ме-
талла сварных швов представляет столбчатые
кристаллиты с характерной направленной ориен-
тацией, указывающей на направленность кристал-
лизации из жидкого состояния. Микротвердость
столбчатых кристаллов при нагрузке 1 Н состав-
ляет в среднем НV ~ 2350 МПа.
Панорамное изображение фрагмента ми-
кроструктуры участка 1 (см. рис. 8), включаю-
щее структуру СШ, зоны сплавления, ЗТВ и ОМ
фасонки, представлено на рис. 9. Возле зоны
сплавления в ЗТВ расположен участок перегре-
ва (участок «крупного зерна» шириной порядка
400…600 мкм), зерна которого характеризуются
видманштеттовой структурой с пониженными ме-
ханическими свойствами. Общая ширина ЗТВ — в
пределах 900…2900 мкм.
При детальном исследовании микроструктуры
сварного соединения в плоскости S–T микрошли-
Рис. 8. Фрагмент микрошлифа сварного соединения (темплет
№ 2) в плоскости S–T
Рис. 9. Панорамное изображение фрагмента микроструктуры
(темплет № 2) участка 1 на рис. 8
Pис. 10. Фрагмент микроструктуры (темплет № 2) участка 2
на рис. 8 (точечный контур — область микротрещин)
Рис. 7. Фрактограмма вторичной трещины расслоя фасонки
10 1/2014
фа вблизи зоны сплавления обнаружены две ми-
кротрещины размером 50…60 мкм, зародившиеся
на концентраторе в виде дефекта внешней поверх-
ности темплета в области крупного зерна ЗТВ
(рис. 10). Такие мелкие трещины вряд ли удалось
бы обнаружить другими методами, ввиду шерохо-
ватости внешней поверхности и наличия на ней
слоя окалины. Как показали исследования, тол-
щина слоя окалины на поверхности фасонок до-
стигает в отдельных местах 30 мкм, а толщина за-
щитного покрытия — 180 мкм (рис. 11).
Приведенные выше данные позволяют сде-
лать вывод о том, что за образование и развитие
трещин отвечают усилия в раскосах башни, по-
скольку именно от усилий в раскосах в прорезных
фасонках возникают напряжения, характер рас-
пределения которых полностью согласуется с за-
кономерностями развития трещин в узлах башни.
Однако, если предположить, что в раскосах башни
имеют место только продольные усилия, вызван-
ные нагрузками, действовавшими за время экс-
плуатации сооружения, то вызываемые ими на-
пряжения никак не могли привести к выявленным
повреждениям. Образование и развитие трещин
с двух сторон прорезных фасонок в узлах стоек
башни и образование трещин в узлах сопряжения
раскосов с распоркой свидетельствует о том, что
в этих узлах имеют место изгибные напряжения,
которые могут быть вызваны только соответству-
ющими усилиями в раскосах.
Тот факт, что в фасонках стоек трещины за-
рождаются и развиваются по границе перехода от
сварного соединения к основному металлу, а по
толщине металла трещины развиваются перпен-
дикулярно его поверхности, а также различие в
размерах трещин в разных узлах, свидетельству-
ет об их усталостном происхождении. Это убе-
дительно подтверждается и приведенными выше
фрактографическими исследованиями, в частно-
сти характерной поверхностью излома, наличи-
ем очагов зарождения трещин усталости, борозд-
ками, характерными для остановки и страгивания
трещин (см. рис. 5, 6).
Следовательно, с позиций прочности сварных
конструкций нет никаких сомнений, что выявлен-
ные в узлах башни НВТ трещины носят усталост-
ный характер и вызваны изгибными напряжения-
ми, которые возникают при колебании раскоса из
плоскости панели башни. При этом в зоне трещи-
ны должны возникать периодические усилия, вы-
зывающие циклические напряжения, достаточные
для того, чтобы привести к зарождению и разви-
тию трещин усталости. Заметим, что для образо-
вания трещин потребовалось менее семи месяцев
эксплуатации башни. Поэтому образование тре-
щин возможно только в том случае, если раскосы
при определенных, реально существующих ско-
ростях ветра входят в резонанс, а возникающие
при этом усилия и напряжения способны вызвать
усталостные разрушения в узлах. Еще один довод
в пользу именно этой причины возникновения по-
вреждений состоит в том, что в трех верхних яру-
сах башни гибкость раскосов самая большая. Это
объясняет и то, что именно в этих ярусах обнару-
жены трещины.
Вместе с тем нельзя обойти вниманием точ-
ку зрения по рассматриваемой проблеме специ-
алистов фирмы «Бехтель» (США), проводивших
независимое исследование дефектосодержащих
конструктивных элементов НВТ [4]. К проведе-
нию исследования были привлечены два специа-
листа в области металлургии и один — в области
технологии сварки и неразрушающего контро-
ля. В самом начале своего исследования авторы
делают вывод о том, что «проект исключается в
качестве причины возникновения дефектов», мо-
тивируя это тем, что с момента завершения стро-
ительства и до обнаружения трещин сооружение
не подвергалось расчетным нагрузкам. Этим са-
мым авторы исследования существенно ограни-
чили область поиска причин возникновения тре-
щин в узлах башни. Если априори исключается
конструктивный фактор, то ничего другого, кро-
ме технологического фактора, для объяснения
причин разрушения просто не остается. В про-
цессе исследования было установлено, что в фа-
сонке толщиной 12 мм, вырезанной вместе с угло-
вым швом из узла на отметке 100 м, использована
сталь класса С345, в то время как проектом пред-
усмотрена сталь класса С255. Само по себе это
принципиального значения не имеет, но в сварном
шве и околошовной зоне была установлена повы-
шенная твердость (НV до 3985 МПа) и «неболь-
шое количество мартенсита в околошовной зоне»,
что может свидетельствовать о повышенной ско-
рости охлаждения сварного соединения. На осно-
вании сказанного делается заключение, что «наи-
более вероятной причиной образования трещин
является водородное растрескивание». Авторы
Рис. 11. Фрагмент сечения фасонки с окалиной и защитным
покрытием
111/2014
понимают, что повышенная твердость и наличие
мартенсита в околошовной зоне сами по себе не
могут вызвать холодных трещин, поэтому выдви-
гается предпосылка, что на заводе-изготовителе
сварка выполнялась «в условиях дождя, снега, вы-
сокой влажности или сильного ветра». Конечно, с
таким заключением согласиться трудно, хотя ав-
торы и высказывают его достаточно осторожно.
Во-первых, условия сварки по всей длине фасон-
ки, надо полагать, были одинаковы, а трещины
во всех случаях имеют место там, где усилие пе-
редается от раскоса, т. е. в верхней части фасон-
ки. Во-вторых, холодные трещины расположены
преимущественно в ЗТВ, т. е. по зоне сплавления
СШ, а рассматриваемые трещины развиваются
перпендикулярно поверхности фасонки, и нако-
нец, ни в одних исследованиях наличия холодных
трещин ни в СШ, ни в ЗТВ не обнаружено. Кро-
ме того, трещины имеют место как в фасонках,
выполненных из стали класса С345, так и в фа-
сонках, выполненных из стали С255, хотя авторы
рассматриваемого исследования убеждены, что в
стали класса С255 трещин не будет.
Для определения условий возникновения резо-
нансных колебаний раскосов, их частотных харак-
теристик, а также уровней возникающих при этом
циклических напряжений, был выполнен ком-
плексный расчет раскосов на ветровую нагрузку,
которую рассматривали как возмущающий фак-
тор, вызывающий резонансные колебания.
Заметим, что приведенных выше данных, ос-
нованных на результатах обследования и фракто-
графических исследованиях поверхности излома,
вполне достаточно, чтобы сделать однозначный
вывод о причинах и характере возникших трещин.
Расчет, приведенный ниже, является лишь ин-
струментом, объясняющим достаточно очевид-
ные для специалистов факты, и рассматривать его
как самостоятельный критерий для принятия от-
ветственного решения можно только будучи аб-
солютно уверенным в его корректности. Авторы
вынуждены обратить внимание на это, посколь-
ку недостаточно корректно выполненный расчет
приводит к ошибочным выводам.
Основные этапы и порядок выполнения
расчетов. Согласно приведенным выше результа-
там металлографического анализа фрагментов фа-
сонок, определено, что механизм, вызвавший об-
разование и развитие трещин, носит усталостный
характер.
Анализ исходных данных позволил исключить
из рассмотрения некоторые виды нагрузок (учтен-
ные при проектировании НВТ), а именно: смерч
класса 3, землетрясение 5 и 6 баллов, снеговая на-
грузка, температурное воздействие. Поскольку за
время эксплуатации НВТ (с момента ее ввода в
эксплуатацию и до появления трещин в фасонках)
одни из указанных выше нагрузок отсутствовали
вообще, другие не превышали своих расчетных
значений, а повторяемость их была незначитель-
на, они не могли послужить причиной образова-
ния трещин.
Принимая во внимание, что для высотных со-
оружений именно ветровая нагрузка, как динами-
ческий возмущающий фактор, является основной,
рассмотрено влияние ветрового потока на напря-
женно-деформированное состояние НВТ и ее от-
дельных конструктивных элементов.
Решение задачи выполнено в несколько эта-
пов, с использованием аэродинамических и проч-
ностных численных моделей. Это обусловлено
Рис. 12. Конечно-элементные модели НВТ
12 1/2014
достаточно сложным характером взаимодействия
ветрового потока и строительных конструкций –
взаимным влиянием соседних, конструктивных
элементов на распределение скоростей и ветро-
вых напоров и т. д.
В результате расчета пространственных оболо-
чечно-стержневых конечно-элементных моделей
(рис. 12) определены формы и периоды собствен-
ных колебаний системы.
При детальном анализе полученных резуль-
татов выявлено, что в ряде случаев формы соб-
ственных колебаний НВТ образованы групповым
деформированием раскосов трех верхних секций
(рис. 13, а). Колебания раскосов характеризуются
их выпучиванием из плоскости граней. Характер-
ные формы колебания раскосов и соответствую-
щие им величины периодов собственных колеба-
ний приведены на (рис. 13, б).
Для определения критической скорости ве-
трового потока vкр, способной вызвать ветровой
резонанс в раскосе, воспользуемся формулами,
приведенными в [5]. В первом приближении при-
нимаем, что критическая скорость ветра, вызыва-
ющая резонансные колебания в направлении, пер-
пендикулярном ветровому потоку, равна:
кр
0,194 11,6м/с 12м/с,
Sh 0,084 0,2i
dv
T
= = = ≈
⋅
где Тi = 0,082 с — период собственных колебаний
раскоса по i-й форме; Sh = 0,2 — число Струха-
ля для круглого сечения; d = 0,194 м — диаметр
элемента связи (труба 193,7×6 мм) в трех верхних
уровнях башни.
Используя в качестве исходных данных значе-
ние критической скорости vкр = 12 м/с ветрово-
го потока, с помощью аэродинамической модели
(рис. 14) определен характер распределения ве-
трового потока и давления по поверхностям кон-
структивных элементов НВТ.
Выполненный расчет показал, что конструктив-
ные элементы башни и ствола НВТ оказывают вли-
яние на параметры распределения ветрового пото-
ка вокруг ствола башни и элементов вертикальных
связей. Увеличение скорости ветрового потока вдоль
боковой поверхности ствола (рис. 15) приводит к
тому, что раскосы, расположенные в этой зоне, под-
вергаются воздействию повышенных значений ве-
трового давления (рис. 16).
Кроме этого, взаимное влияние конструктив-
ных элементов башни НВТ приводит к тому, что
спутные струи, возникающие позади раскосов
(вертикальных связей), попадают в кильватерные
струи потоков, образованных угловыми стойками
башни. В результате этого спутные струи верти-
кальных связей подвергаются турбулизации прак-
тически сразу после отрыва потока и между нахо-
дящимися на некотором расстоянии друг от друга
слоями со сдвигом образуется турбулентный след.
В работах [1, 6] отмечено, что наиболее опасны
колебания неизолированного цилиндра, т. е. рас-
положенного в кильватерной струе другого или
параллельно другим цилиндрам. При этом вибра-
ция раскосов возникает значительно легче – при
меньшей скорости потока и может поддерживать-
ся в широком диапазоне скоростей, а не в опре-
деленном интервале, поэтому она более опасна.
Согласно [1], действующие на сооружение аэро-
динамические силы изменяются по гармониче-
Рис. 13. Формы собственных колебаний (а, б — см. в тексте)
Рис. 14. Аэродинамическая модель. Общий вид, нагрузки и
граничные условия (vх = 12, vу = 0 м/с, P = 0 Па)
131/2014
скому закону. В связи с этим, для определения
степени влияния ветрового потока на прочност-
ные характеристики опорных элементов верти-
кальных связей, выполнен гармонический анализ
конструкции.
В качестве исходных данных, при определении
значения возмущающей силы (амплитуды интен-
сивности), действующей на элементы вертикаль-
ных связей, использовали результаты, полученные
при решении аэродинамической задачи.
В результате расчета уточненной модели дей-
ствия гармонической силы (амплитуда интенсив-
ности F0), моделирующей динамическое воздей-
ствие ветровой нагрузки, в опорных фасонках и
других конструктивных элементах рассматривае-
мого фрагмента сооружения определены значения
напряжений и деформаций.
Анализ полученных результатов показал, что
действующие силы вызывают отклонение опор-
ных фасонок из плоскости. Схемы деформирова-
ния опорных фасонок приведены на рис. 17.
Рис. 15. Направление векторов скорости ветрового потока
Рис. 16. Изополя ветрового давления
Рис. 17. Схемы деформирования опорных фасонок: а — ниж-
няя; б — верхняя фасонки
14 1/2014
Изгиб нижних опорных фасонок приводит к
образованию на их лицевых поверхностях напря-
жений, достигающих значений σy = ± 38,56 МПа.
Области с наибольшими напряжениями располо-
жены в верхней зоне опорных фасонок, на участ-
ке их примыкания к стойкам башни. Кроме этого,
увеличение напряжений наблюдается на участках
с переменными жесткостями — зонах сопряжения
опорных фасонок с фасонками раскосов. Изополя
напряжений σy и σz в опорных узлах приведены на
рис. 18.
В верхнем узле раскоса, на участке примыка-
ния ребра жесткости к торцевой заглушке, наблю-
дается зона с ярко выраженным концентратором
напряжений. Схема деформирования и изополя
напряжений σz на лицевых поверхностях в зоне
верхнего опорного узла приведены на рис. 18, в.
Напряжения на этих участках достигают значения
σz = 39,9 МПа.
Дополнительные исследования и расчеты. В
результате дополнительных исследований выявле-
ны следующие факты.
1. Принимая во внимание, что коэффициент
поперечной силы Су, используемый при определе-
нии возмущающей силы, является теоретически
минимально возможным и на практике достигает
больших значений, был выполнен расчет уточнен-
ной модели для Су = 0,3.
Выполненные расчеты показали, что характер
распределения напряжений в элементах конструк-
ции остался аналогичным изополям, полученным
ранее. При этом значения напряжений на лицевых
поверхностях нижних опорных фасонок увеличи-
лись на 25 % (до 49 МПа). Увеличение значений
напряжений также отмечено в верхнем опорном
узле.
2. Конструктивные решения опорных узлов
во всех секциях башни НВТ идентичны, поэтому
проведена оценочная проверка опорных узлов ни-
жележащих секций.
Расчеты показали, что для вертикальных свя-
зей, выполненных из круглой трубы 219×6 мм,
период первой формы собственных колебаний
Т = 0,07 с, а критическая скорость vкр = 15,5…16
м/с. Амплитуда напряжений по модулю в опорных
фасонках, в зависимости от значения динамиче-
ского коэффициента Сy, может изменяться от 31
до 39 МПа.
Для элементов вертикальных связей, выпол-
ненных из круглой трубы 245×8 мм, Т = 0,06 с,
vкр = 20,5…21,0 м/c.
Полученные значения критических скоростей
ветрового потока не отмечены в статистических
данных скоростей ветра, полученных на метео-
станции Чернобыль за прошедший период. При
этом предоставленная информация о скоростях
ветра выполнена в виде почасовых замеров, что
вносит некоторый параметр усреднения. В рабо-
те [7] отмечено, что средняя скорость усреднения
ветра зависит от времени усреднения. При умень-
шении интервала усреднения максимальное зна-
чение средней скорости, соответствующее это-
му интервалу, увеличивается. К примеру, разница
между средней почасовой скоростью и средней
скоростью за период 20 с может отличаться в два
раза. Таким образом, для секций третьего-четвер-
того уровня вероятна скорость ветрового потока v
= 15…16 м/с.
Рис. 18. Изополя напряжений на лицевых поверхностях нижнего (а, б) и верхнего (в) опорных узлов
Рис. 19. Общий вид конструкции башни НВТ
151/2014
3. Учитывая, что число Струхаля носит ори-
ентировочный характер и может для различных
форм поперечных сечений меняться в определен-
ном диапазоне (для цилиндров принято Sh = 0,2,
хотя на практике — Sh = 0,185…0,22), внешние
нагрузки могут менять свои значения в еще боль-
шем диапазоне, что, в свою очередь, приводит к
еще большему увеличению напряжений в опор-
ных элементах каркаса башни НВТ.
Оценка напряжений в прорезной фасонке,
вызванных резонансными колебаниями раско-
сов. Расчетные значения циклических напряже-
ний, возникающих в прорезной фасонке у гра-
ницы углового сварного шва приварки ее к трубе
стойки, рассмотрены на соответствие действую-
щим в Украине нормам [8] и рекомендациям Меж-
дународного института сварки [9].
Согласно [8] предел усталости Rρ для 5-й
группы элементов, к которым может быть отнесе-
но соединение прорезной фасонки со стойкой при
остаточных напряжениях в зоне образования тре-
щин более 0,5 σт для симметричного цикла нагру-
жения
1
R
-s
= 16,83 МПа. Заметим, что согласно
норм [8] предел усталости определяется на базе
107 циклов нагружения.
Поскольку в фасонке циклические напряжения
в условиях резонансных колебаний раскоса со-
ставляют ±39 МПа, то ожидать появления трещин
можно при долговечности 8,04·105 циклов нагру-
жения. С учетом частоты колебания раскоса в ус-
ловиях резонанса (12,2 Гц) для образования тре-
щин усталости достаточно 20 ч эксплуатации.
Согласно методике Международного институ-
та сварки для характерных типов сварных соеди-
нений приводятся предельные значения размахов
напряжений на базе 2·106 циклов нагружений. Для
соединения близкого к тому, которое имеет место
в башне НВТ, предельное значение размаха напря-
жений составляет 45 МПа.
Поскольку в фасонке значение размаха напря-
жений составляет 78 МПа, долговечность, при ко-
торой можно ожидать появления трещин устало-
сти, составляет, согласно этой методике, 384·103
циклов нагружений.
Приведенные данные еще раз подтверждают
усталостную природу возникновения трещин в
узлах башни НВТ.
Анализируя причины образования трещин в
узлах башни НВТ, нельзя уйти от оценки приня-
тых конструктивных решений. Несущий каркас
башни НВТ выполнен из цилиндрических труб
(рис. 19).
Выбор этого типа сечений для конструктив-
ных элементов башни вполне оправдан, посколь-
ку позволяет снизить ветровые нагрузки на соо-
ружение, увеличить расчетную длину элементов,
а, следовательно, снизить вес сооружения и его
стоимость. Кроме того, трубчатые элементы обла-
дают повышенной сопротивляемостью коррозии,
благодаря хорошей обдуваемости и малой площа-
ди поверхности. Однако эти преимущества полно-
стью могут быть реализованы только при рацио-
нальном решении узловых соединений. Известно,
что в конструкциях из труб узловые соединения в
ряде случаев предопределяют прочность и надеж-
ность всего сооружения [10].
В последние десятилетия, в связи с исполь-
зованием цилиндрических труб в качестве несу-
щих элементов морских стационарных платформ
и других ответственных сооружений, выполнен
большой объем исследований, направленных на
разработку оптимальных конструктивных реше-
ний узлов, методов оценки их прочности при ста-
тическом и циклическом нагружении. Показано,
что наиболее рациональным решением является
непосредственное примыкание элементов решет-
ки к стойке. Конструкция имеет высокую проч-
ность, низкую концентрацию напряжений, малое
количество сварных соединений, высокую со-
противляемость коррозии. Для таких узлов раз-
работаны нормативные документы по расчету их
прочности [11, 12 и др.] при статическом и цикли-
ческом нагружении. Для сравнения приведем узел
башни НВТ и узел, соответствующий современ-
ным представлениям о проектировании конструк-
ций из труб (рис. 20). Если бы проект башни НВТ
был выполнен на современном уровне, удалось
бы избежать многих недостатков.
Выводы
1. Трещины в узлах башни НВТ ЧАЭС носят си-
стемный характер. Они образовались в зонах
сварных узловых соединений трех верхних яру-
сов башни с элементами решетки из труб сече-
нием 193,7×6 мм. Трещины выявлены в 17 узлах
прорезной фасонки стойки и в 17 узлах крепления
раскосов к распорке.
Рис. 20. Схемы узлового соединения конструктивных элемен-
тов башни НВТ со стойкой: а — с прорезными фасонками;
б — с непосредственным примыканием
16 1/2014
2. Не вызывает сомнений, что появление тре-
щин вызвано циклическими усилиями, действу-
ющими в раскосах. Это подтверждается харак-
терными местами их образования и наличием
трещин с обоих концов раскосов.
3. Трещины имеют усталостное происхождение,
зарождаются в фасонках стоек на внешней поверх-
ности с двух сторон, распространяются вдоль гра-
ницы сварного шва от верхнего края фасонки и в
глубину. Фрактографические исследования поверх-
ностей излома выявили очаги зарождения, харак-
терный рельеф усталостного разрушения и следы
остановки усталостной трещины. В узлах распорок
трещины также имеют характерные признаки уста-
лостного разрушения.
4. Аэродинамический и прочностной расче-
ты сооружения и отдельных его элементов убе-
дительно показали, что причиной возникновения
трещин являются резонансные колебания раско-
сов в верхних трех секциях башни, направленные
из плоскости граней и вызывающие переменные
изгибные напряжения в узлах. Определены часто-
ты колебаний и усилия, передаваемые на узлы.
5. Поля напряжений, вызванные периодическими
усилиями в раскосах, подтверждают зону образова-
ния и развития усталостного разрушения, а макси-
мальные уровни напряжений значительно превосхо-
дят пределы усталости сварных соединений.
6. Расчет показал, что опасность с точки зрения
зарождения усталостных трещин представляют
раскосы, выполненные из труб сечением 219×6 мм.
При разработке ремонтного проекта башни НВТ
на это следует обратить внимание.
7. В проекте башни использованы устаревшие
конструктивные решения узлов, для которых ха-
рактерны многочисленные зоны высокой концен-
трации напряжений, низкое сопротивление уста-
лости и низкая сопротивляемость коррозионным
воздействиям.
1. Савицкий Г. А. Ветровая нагрузка на сооружения. — М.:
Стройиздат, 1972. — 108 с.
2. Результаты обследования сварных соединений каркаса
новой вентиляционной трубы на объекте «Чернобыль-
ская АЭС»: (Отчет Опыт. конструктор.-технолог. бюро)
/ ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины. — Киев, 2012.
— 83 с.
3. Экспертиза причин возникновения трещиноподобных
дефектов в новой вентиляционной трубе: (Отчет) / ООО
«УкрАтомэнерго». — Киев, 2012. — 50 с.
4. Маклин Д., Кемпбелл Р., Колуэл Р. Независимое исследо-
вание конструктивных дефектов НВТ: Науч.-техн. отчет.
— Киев, 2012. — 40 с.
5. Руководство по расчету зданий и сооружений на дей-
ствие ветра. — М.: Стройиздат, 1978. — 216 с.
6. Вилькерд Д. С., Попов С. Г., Савицкий Г. А. Колебания тел
в аэродинамическом следу // Вестн. Моск. гос. ун-та. —
1951. — № 12. — С. 23–25.
7. Симиу Э., Сканлан Р. Воздействие ветра на здания и со-
оружения. — М.: Стройиздат, 1984. — 343 с.
8. ДБН В.2.6-163:2010. Сталеві конструкції. Норми проек-
тування, виготовлення і монтажу. — Чинний з 01.12.11.
— К.: Мінрегіонбуд, — 201 с.
9. Recommendations for fatigue design of welded joints
and components. — S.l., S.a. — 153 p. — (Intern. Inst. of
Welding; Doc. XIII-1539–96).
10. Marshal P. W. Connections for welded tubular structures
// Intern. conf. on welding of tubular structures. —
Massachusets: Pergamon Press, 1984. — P. 11–17.
11. ВСН 51.4–85. Ведомственные строительные нормы. Бес-
фасоночные узлы конструкций из труб морских нефте-
газопромысловых сооружений. Методика расчета проч-
ности. — Введ. 03.06.1985. — М.: Мингазпром, 1985.
— 30 с.
12. Recommended practice for planning, designing and
constructing fixed offshore platforms. — S.l., S.a. — 86 p.
— (American Petroleum Inst.; Doc. RP2A).
Поступила в редакцию 03.09.2013
Плазменные технологии и оборудование в металлургии и литейном производстве /
Б.Е. Патон, Г.М. Григоренко, И.В. Шейко и др. — Киев: Наук. думка, 2013. — 488 с.
В монографии приведены научные и прикладные аспекты применения
плазменных источников нагрева (плазмотронов) в металлургическом
и литейном производстве. Рассмотрены основные типы плазмотронов,
используемые для плавки металлов и обработки металлических расплавов
в лабораторных и промышленных условиях. Показано промышленное
применение плазменных источников нагрева, на базе которых разработаны
новые металлургические процессы и технологии. Описаны конструкции
плавильных печей на керамическом поду и переплавных печей с
формированием слитка в охлаждаемом кристаллизаторе, установок для
рафинирующего переплава поверхностного слоя слитков, выращивания
монокристаллов тугоплавких металлов и др. Приведены результаты сравнения
качества металлов и сплавов, выплавленных с применением различных
технологий.
Для научных и инженерно-технических работников металлургических
предприятий и литейного производства, а также преподавателей, аспирантов и
студентов высшей школы соответствующих специальностей.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103253 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-25T21:02:25Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Тороп, В.М. Гарф, Э.Ф. Якимкин, А.В. Гопкало, Е.Е. 2016-06-15T06:43:30Z 2016-06-15T06:43:30Z 2014 Определение причин возникновения трещин в конструктивных элементах башни новой вентиляционной трубы на Чернобыльской АЭС / В.М. Тороп, Э.Ф. Гарф, А.В. Якимкин, Е.Е. Гопкало // Автоматическая сварка. — 2014. — № 1 (728). — С. 5-16. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103253 624.072.002.2 Выполнен анализ проектной и эксплуатационной документации, а также соответствие фактических нагрузок и режимов эксплуатации новой вентиляционной трубы требованиям данной документации. Проанализированы результаты неразрушающего контроля основного металла и сварных соединений конструктивных элементов новой вентиляционной трубы на ЧАЭС. Трещины в узлах башни новой вентиляционной трубы ЧАЭС носят системный характер. Они образовались в зонах сварных узловых соединений трех верхних ярусов башни, в которых элементы решетки выполнены из труб сечением 193,7×6 мм. В настоящий момент трещины выявлены в 17 узлах прорезной фасонки стойки и в 17 узлах крепления раскосов к распорке. Отобраны темплеты, представляющие собой трещиносодержащие фрагменты фасонок — конструктивних элементов новой вентиляционной трубы ЧАЭС, изготовлены образцы и проведены экспериментальные исследования химического состава, микротвердости, механических свойств и структуры основного металла, металла зоны термического влияния и металла шва. Определены причины и механизмы возникновения трещин в конструктивных элементах новой вентиляционной трубы при проведении материаловедческих исследований на двух вырезанных темплетах. Фрактографические исследования выявили усталостный характер возникновения и развития поверхностных трещин в фасонках. Аэродинамический и прочностной расчеты сооружения и отдельных его элементов убедительно показали, что причиной возникновения трещин являются резонансные колебания раскосов в верхних трех секциях башни, направленные из плоскости граней и вызывающие переменные изгибные напряжения в узлах. Определены частоты колебаний и усилия, передаваемые на узлы. Поля напряжений, вызванные периодическими усилиями в раскосах, подтверждают зону образования и развития разрушения, а максимальные уровни напряжений значительно превосходят пределы усталости сварных соединений. Сделан вывод о том, что в проекте башни использованы устаревшие конструктивные решения узлов, характеризующиеся многочисленными зонами высокой концентрации напряжений, низким сопротивлением усталости и низкой сопротивляемостью коррозионным воздействиям. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Определение причин возникновения трещин в конструктивных элементах башни новой вентиляционной трубы на Чернобыльской АЭС Determination of causes of crack initiation in design elements of tower of new ventilation pipe at Chernobyl NPP Article published earlier |
| spellingShingle | Определение причин возникновения трещин в конструктивных элементах башни новой вентиляционной трубы на Чернобыльской АЭС Тороп, В.М. Гарф, Э.Ф. Якимкин, А.В. Гопкало, Е.Е. Научно-технический раздел |
| title | Определение причин возникновения трещин в конструктивных элементах башни новой вентиляционной трубы на Чернобыльской АЭС |
| title_alt | Determination of causes of crack initiation in design elements of tower of new ventilation pipe at Chernobyl NPP |
| title_full | Определение причин возникновения трещин в конструктивных элементах башни новой вентиляционной трубы на Чернобыльской АЭС |
| title_fullStr | Определение причин возникновения трещин в конструктивных элементах башни новой вентиляционной трубы на Чернобыльской АЭС |
| title_full_unstemmed | Определение причин возникновения трещин в конструктивных элементах башни новой вентиляционной трубы на Чернобыльской АЭС |
| title_short | Определение причин возникновения трещин в конструктивных элементах башни новой вентиляционной трубы на Чернобыльской АЭС |
| title_sort | определение причин возникновения трещин в конструктивных элементах башни новой вентиляционной трубы на чернобыльской аэс |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103253 |
| work_keys_str_mv | AT toropvm opredeleniepričinvozniknoveniâtreŝinvkonstruktivnyhélementahbašninovoiventilâcionnoitrubynačernobylʹskoiaés AT garféf opredeleniepričinvozniknoveniâtreŝinvkonstruktivnyhélementahbašninovoiventilâcionnoitrubynačernobylʹskoiaés AT âkimkinav opredeleniepričinvozniknoveniâtreŝinvkonstruktivnyhélementahbašninovoiventilâcionnoitrubynačernobylʹskoiaés AT gopkaloee opredeleniepričinvozniknoveniâtreŝinvkonstruktivnyhélementahbašninovoiventilâcionnoitrubynačernobylʹskoiaés AT toropvm determinationofcausesofcrackinitiationindesignelementsoftowerofnewventilationpipeatchernobylnpp AT garféf determinationofcausesofcrackinitiationindesignelementsoftowerofnewventilationpipeatchernobylnpp AT âkimkinav determinationofcausesofcrackinitiationindesignelementsoftowerofnewventilationpipeatchernobylnpp AT gopkaloee determinationofcausesofcrackinitiationindesignelementsoftowerofnewventilationpipeatchernobylnpp |