Оценка предельного давления Т-образного патрубкового соединения с продольным поверхностным дефектом основной трубы при вязком разрушении
Предложена аналитическая модель оценки предельного пластического состояния Т-образного патрубкового соединения с продольным поверхностным дефектом постоянной глубины в зоне приварки штуцера на внешней поверхности основной трубы при его нагружении внутренним давлением. Выполнен сравнительный анализ д...
Saved in:
| Published in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/173206 |
| 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: | Оценка предельного давления Т-образного патрубкового соединения с продольным поверхностным дефектом основной трубы при вязком разрушении / С.М. Агеев, И.В. Орыняк, В.А. Стрижало, Н.И. Власенко, В.Я. Козлов // Проблемы прочности. — 2014. — № 6. — С. 42-55. — Бібліогр.: 31 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-173206 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Агеев, С.М. Орыняк, И.В. Стрижало, В.А. Власенко, Н.И. Козлов, В.Я. 2020-11-25T18:09:23Z 2020-11-25T18:09:23Z 2014 Оценка предельного давления Т-образного патрубкового соединения с продольным поверхностным дефектом основной трубы при вязком разрушении / С.М. Агеев, И.В. Орыняк, В.А. Стрижало, Н.И. Власенко, В.Я. Козлов // Проблемы прочности. — 2014. — № 6. — С. 42-55. — Бібліогр.: 31 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/173206 539.4 Предложена аналитическая модель оценки предельного пластического состояния Т-образного патрубкового соединения с продольным поверхностным дефектом постоянной глубины в зоне приварки штуцера на внешней поверхности основной трубы при его нагружении внутренним давлением. Выполнен сравнительный анализ данных расчета с результатами полномасштабных испытаний патрубковых соединений с надрезами, нагруженных внутренним давлением до разрушения. Запропоновано аналітичну модель оцінки граничного пластичного стану Т-подібного патрубкового з єднання з поздовжнім поверхневим дефектом постійної глибини в зоні приварки штуцера на зовнішній поверхні основної труби при його навантаженні внутрішнім тиском. Виконано порівняльний аналіз розрахункових даних із результатами повномасштабних випробувань патрубкових з єднань із надрізами, навантажених внутрішнім тиском до руйнування. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Оценка предельного давления Т-образного патрубкового соединения с продольным поверхностным дефектом основной трубы при вязком разрушении Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Оценка предельного давления Т-образного патрубкового соединения с продольным поверхностным дефектом основной трубы при вязком разрушении |
| spellingShingle |
Оценка предельного давления Т-образного патрубкового соединения с продольным поверхностным дефектом основной трубы при вязком разрушении Агеев, С.М. Орыняк, И.В. Стрижало, В.А. Власенко, Н.И. Козлов, В.Я. Научно-технический раздел |
| title_short |
Оценка предельного давления Т-образного патрубкового соединения с продольным поверхностным дефектом основной трубы при вязком разрушении |
| title_full |
Оценка предельного давления Т-образного патрубкового соединения с продольным поверхностным дефектом основной трубы при вязком разрушении |
| title_fullStr |
Оценка предельного давления Т-образного патрубкового соединения с продольным поверхностным дефектом основной трубы при вязком разрушении |
| title_full_unstemmed |
Оценка предельного давления Т-образного патрубкового соединения с продольным поверхностным дефектом основной трубы при вязком разрушении |
| title_sort |
оценка предельного давления т-образного патрубкового соединения с продольным поверхностным дефектом основной трубы при вязком разрушении |
| author |
Агеев, С.М. Орыняк, И.В. Стрижало, В.А. Власенко, Н.И. Козлов, В.Я. |
| author_facet |
Агеев, С.М. Орыняк, И.В. Стрижало, В.А. Власенко, Н.И. Козлов, В.Я. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Проблемы прочности |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| format |
Article |
| description |
Предложена аналитическая модель оценки предельного пластического состояния Т-образного патрубкового соединения с продольным поверхностным дефектом постоянной глубины в зоне приварки штуцера на внешней поверхности основной трубы при его нагружении внутренним давлением. Выполнен сравнительный анализ данных расчета с результатами полномасштабных испытаний патрубковых соединений с надрезами, нагруженных внутренним давлением до разрушения.
Запропоновано аналітичну модель оцінки граничного пластичного стану Т-подібного патрубкового з єднання з поздовжнім поверхневим дефектом постійної глибини в зоні приварки штуцера на зовнішній поверхні основної труби при його навантаженні внутрішнім тиском. Виконано порівняльний аналіз розрахункових даних із результатами повномасштабних випробувань патрубкових з єднань із надрізами, навантажених внутрішнім тиском до руйнування.
|
| issn |
0556-171X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/173206 |
| citation_txt |
Оценка предельного давления Т-образного патрубкового соединения с продольным поверхностным дефектом основной трубы при вязком разрушении / С.М. Агеев, И.В. Орыняк, В.А. Стрижало, Н.И. Власенко, В.Я. Козлов // Проблемы прочности. — 2014. — № 6. — С. 42-55. — Бібліогр.: 31 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT ageevsm ocenkapredelʹnogodavleniâtobraznogopatrubkovogosoedineniâsprodolʹnympoverhnostnymdefektomosnovnoitrubyprivâzkomrazrušenii AT orynâkiv ocenkapredelʹnogodavleniâtobraznogopatrubkovogosoedineniâsprodolʹnympoverhnostnymdefektomosnovnoitrubyprivâzkomrazrušenii AT strižalova ocenkapredelʹnogodavleniâtobraznogopatrubkovogosoedineniâsprodolʹnympoverhnostnymdefektomosnovnoitrubyprivâzkomrazrušenii AT vlasenkoni ocenkapredelʹnogodavleniâtobraznogopatrubkovogosoedineniâsprodolʹnympoverhnostnymdefektomosnovnoitrubyprivâzkomrazrušenii AT kozlovvâ ocenkapredelʹnogodavleniâtobraznogopatrubkovogosoedineniâsprodolʹnympoverhnostnymdefektomosnovnoitrubyprivâzkomrazrušenii |
| first_indexed |
2025-11-24T15:54:01Z |
| last_indexed |
2025-11-24T15:54:01Z |
| _version_ |
1850849126936215552 |
| fulltext |
ÓÄÊ 539.4
Îöåíêà ïðåäåëüíîãî äàâëåíèÿ Ò-îáðàçíîãî ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ ñ
ïðîäîëüíûì ïîâåðõíîñòíûì äåôåêòîì îñíîâíîé òðóáû ïðè âÿçêîì
ðàçðóøåíèè
Ñ. Ì. Àãååâ
à
, È. Â. Îðûíÿê
à
, Â. À. Ñòðèæàëî
à
, Í. È. Âëàñåíêî
á
, Â. ß. Êîçëîâ
á
à Èíñòèòóò ïðîáëåì ïðî÷íîñòè èì. Ã. Ñ. Ïèñàðåíêî ÍÀÍ Óêðàèíû, Êèåâ, Óêðàèíà
á ÃÏ ÍÀÝÊ “Ýíåðãîàòîì” ÎÏ “Íàó÷íî-òåõíè÷åñêèé öåíòð”, Êèåâ, Óêðàèíà
Ïðåäëîæåíà àíàëèòè÷åñêàÿ ìîäåëü îöåíêè ïðåäåëüíîãî ïëàñòè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ Ò-îáðàçíîãî
ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ ñ ïðîäîëüíûì ïîâåðõíîñòíûì äåôåêòîì ïîñòîÿííîé ãëóáèíû â çîíå
ïðèâàðêè øòóöåðà íà âíåøíåé ïîâåðõíîñòè îñíîâíîé òðóáû ïðè åãî íàãðóæåíèè âíóòðåííèì
äàâëåíèåì. Âûïîëíåí ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç äàííûõ ðàñ÷åòà ñ ðåçóëüòàòàìè ïîëíîìàñøòàá-
íûõ èñïûòàíèé ïàòðóáêîâûõ ñîåäèíåíèé ñ íàäðåçàìè, íàãðóæåííûõ âíóòðåííèì äàâëåíèåì äî
ðàçðóøåíèÿ.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: Ò-îáðàçíîå ïàòðóáêîâîå ñîåäèíåíèå, îñíîâíàÿ òðóáà, øòóöåð, ïðî-
äîëüíûé ïîâåðõíîñòíûé äåôåêò, âíóòðåííåå äàâëåíèå, ïðåäåëüíîå ïëàñòè÷åñêîå
ñîñòîÿíèå.
Ââåäåíèå. Ïðè îöåíêå îñòàòî÷íîé ïðî÷íîñòè ýëåìåíòîâ òðóáîïðîâîäîâ ñ äåôåê-
òàìè, íà÷èíàÿ ñ 70 ãã. âî ìíîãèõ ëèòåðàòóðíûõ èñòî÷íèêàõ óòâåðæäàåòñÿ, ÷òî
íàðÿäó ñ êëàññè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè ìåõàíèêè ðàçðóøåíèÿ íåîáõîäèìî èñïîëü-
çîâàòü ðàñ÷åòíûå, ïîëó÷åííûå ìåòîäàìè òåîðèè ïðåäåëüíîãî ñîñòîÿíèÿ [1]. Òàê, â
ðàáîòå [2] ïîä÷åðêèâàåòñÿ: “àíàëèç ïðî÷íîñòè òåë ñ òðåùèíàìè, êàêèå áû ìåòîäèêè è
êðèòåðèè íå ïðèìåíÿëèñü, ÷òîáû ãàðàíòèðîâàòü îòñóòñòâèå ðàçðóøåíèÿ ïî ìåõàíèçìó
ïëàñòè÷åñêîãî êîëëàïñà, òðåáóåò äîïîëíèòåëüíîãî ðàñ÷åòà ïî òåîðèè ïðåäåëüíîãî
ñîñòîÿíèÿ”.
Ïðåäåëüíóþ íàãðóçêó âÿçêîãî ðàçðóøåíèÿ (limit load) îïðåäåëÿþò ýìïèðè÷åñ-
êèìè, ÷èñëåííûìè è àíàëèòè÷åñêèìè ìåòîäàìè.
1. Òðóáîïðîâîäíàÿ ïðîìûøëåííîñòü çà ïîñëåäíèå 40 ëåò âûðàáîòàëà ñïåöè-
ôè÷åñêèå ìåòîäû îöåíêè äåôåêòîâ, êîòîðûå áàçèðóþòñÿ íà ïîëíîìàñøòàáíûõ íàòóð-
íûõ ýêñïåðèìåíòàõ ñ îãðàíè÷åííûì òåîðåòè÷åñêèì îáîñíîâàíèåì. Íàèáîëåå èçâåñò-
íûìè ÿâëÿþòñÿ ýìïèðè÷åñêèå ôîðìóëû äëÿ òðóá ñ îñåâûìè äåôåêòàìè, ïîëó÷åííûå â
Èíñòèòóòå èì. Áàòòåëÿ â êîíöå 60 ãîäîâ [3] è ïîëîæåííûå â îñíîâó êðèòåðèåâ
äîïóñòèìîñòè äëÿ êîððîçèîííûõ äåôåêòîâ â òðóáîïðîâîäàõ âî ìíîãèõ íîðìàòèâíûõ
äîêóìåíòàõ. Â ýòèõ ôîðìóëàõ èñïîëüçóåòñÿ òîëüêî îäèí ïàðàìåòð ìàòåðèàëà, à
èìåííî: õàðàêòåðèñòèêà åãî ñòàòè÷åñêîé ïðî÷íîñòè. Îäíàêî åñëè ýìïèðè÷åñêèå ìå-
òîäû ïðèìåíÿòü âíå óñëîâèé, â êîòîðûõ ïðîâîäèëèñü ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðàáîòû,
ìîãóò áûòü ïîëó÷åíû íåêîððåêòíûå ðåçóëüòàòû. Íàïðèìåð, íå ñîâñåì ïîíÿòíî, êàê
ó÷èòûâàòü äîïîëíèòåëüíûå îñåâûå ñèëû è ìîìåíòû, øèðèíó è ñëîæíóþ ôîðìó
äåôåêòà, ñîâîêóïíîñòü áëèçêî ðàñïîëîæåííûõ äåôåêòîâ è äð.
2. Â ïîñëåäíåå âðåìÿ äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïðåäåëüíîé íàãðóçêè öèëèíäðîâ ñ äåôåê-
òàìè âñå áîëüøå èñïîëüçóåòñÿ êîíå÷íîýëåìåíòíûé àíàëèç [4–8]. ×àñòè÷íî ýòî ñâÿ-
çàíî ñ êîíñåðâàòèçìîì ýìïèðè÷åñêèõ ôîðìóë, à ÷àñòè÷íî – ñ èõ îãðàíè÷åííûìè
âîçìîæíîñòÿìè. Âìåñòå ñ òåì ïðè èñïîëüçîâàíèè ìåòîäà êîíå÷íûõ ýëåìåíòîâ (ÌÊÝ)
íåîáõîäèìî ñîïîñòàâëÿòü ðåçóëüòàòû ÷èñëåííîãî ðàñ÷åòà ñ ýìïèðè÷åñêèìè ôîðìó-
ëàìè, ÷òî îáóñëîâëåíî íåâîçìîæíîñòüþ ïðîâåðêè ïðàâèëüíîñòè âû÷èñëåíèé. Êðîìå
òîãî, ñ ïîìîùüþ ÌÊÝ íåëüçÿ îïðåäåëèòü áåçðàçìåðíûå ïàðàìåòðû, êîòîðûå ãëàâíûì
© Ñ. Ì. ÀÃÅÅÂ, È. Â. ÎÐÛÍßÊ, Â. À. ÑÒÐÈÆÀËÎ, Í. È. ÂËÀÑÅÍÊÎ, Â. ß. ÊÎÇËÎÂ, 2014
42 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6
îáðàçîì âëèÿþò íà ïðåäåëüíóþ íàãðóçêó. Ïîýòîìó ïîëüçîâàòåëü íå ìîæåò îòäåëèòü
ïîòåíöèàëüíî îïàñíûå äåôåêòû îò äîïóñòèìûõ, ÷òî âëå÷åò çà ñîáîé âûïîëíåíèå
áîëüøîãî îáúåìà äîïîëíèòåëüíûõ ðàñ÷åòîâ.
3. Àëüòåðíàòèâîé ýìïèðè÷åñêèì è ÷èñëåííûì ìåòîäàì ÿâëÿåòñÿ àíàëèòè÷åñêîå
ìîäåëèðîâàíèå. Àíàëèòè÷åñêèå ðåøåíèÿ ñóùåñòâóþò äëÿ ñòàòè÷åñêè îïðåäåëèìîé
ãåîìåòðèè, êîãäà ñèñòåìà íàãðóçîê ÷åòêî îïðåäåëåíà è ñâîäèòñÿ ê ñîñðåäîòî÷åííûì
ñèëàì è ìîìåíòàì â íåòòî-ñå÷åíèè [9]. Îíè øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ, íàïðèìåð, äëÿ
èññëåäîâàíèÿ õàðàêòåðèñòèê ìàòåðèàëà ñòàíäàðòíûõ îáðàçöîâ ìåòîäàìè ìåõàíèêè
ðàçðóøåíèÿ. Ðÿä àíàëèòè÷åñêèõ ìîäåëåé ðàñïðåäåëåíèÿ íàïðÿæåíèé, îñíîâàííûõ íà
ñòàòè÷åñêîé òåîðåìå òåîðèè ïëàñòè÷íîñòè î íèæíåé îöåíêå íåñóùåé ñïîñîáíîñòè,
áûë ïðåäëîæåí â ðàáîòàõ [10–13]. Ìîäåëè â [12, 13] ðåêîìåíäóþòñÿ â óêðàèíñêèõ
íîðìàõ äëÿ îöåíêè îñòàòî÷íîé ïðî÷íîñòè ìàãèñòðàëüíûõ òðóáîïðîâîäîâ ñ äåôåê-
òàìè. Àíàëèòè÷åñêèå ðåøåíèÿ ÿâëÿþòñÿ ñëîæíûìè è òðåáóþò èíäèâèäóàëüíîãî
ïîäõîäà ïî÷òè äëÿ êàæäîé îòäåëüíîé çàäà÷è, íî îíè ìîãóò ñïîñîáñòâîâàòü ïîíè-
ìàíèþ ìåõàíèçìîâ âÿçêîãî ðàçðóøåíèÿ è ïî ìåíüøåé ìåðå êà÷åñòâåííîìó îïèñàíèþ
ïðåäåëüíîé íàãðóçêè äëÿ òèïè÷íûõ ñëó÷àåâ ãåîìåòðèè è íàãðóæåíèÿ.
Âñå ýòè ìåòîäû â îñíîâíîì ðàçðàáîòàíû äëÿ äåôåêòíûõ ïðÿìûõ òðóá è òðóáíûõ
êîëåí. Â òî æå âðåìÿ, íåñìîòðÿ íà òî ÷òî äîëÿ ïàòðóáêîâûõ (òðîéíèêîâûõ), â
áîëüøèíñòâå ñâîåì Ò-îáðàçíûõ, ñîåäèíåíèé ïðÿìûõ òðóá â ïðîìûøëåííûõ òðóáî-
ïðîâîäíûõ ñèñòåìàõ ñîèçìåðèìà ñ òðóáîé è êîëåíîì, ýòîò òðóáíûé ýëåìåíò â
íàñòîÿùåå âðåìÿ ìåíåå âñåãî èçó÷åí.  ïåðâóþ î÷åðåäü ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî â
ïðîöåññå ýêñïëóàòàöèè ïàòðóáêîâîå ñîåäèíåíèå ïîäâåðãàåòñÿ îäíîâðåìåííîìó âîç-
äåéñòâèþ øèðîêîãî ñïåêòðà íàãðóçîê, âêëþ÷àÿ âíóòðåííåå äàâëåíèå, èçãèáàþùèé
ìîìåíò (â/èç ïëîñêîñòè), êðóòÿùèé ìîìåíò, îñåâóþ ñèëó è ò.ä. Ðàçíîîáðàçèå êîíñò-
ðóêòèâíûõ èñïîëíåíèé òðîéíèêîâûõ ñîåäèíåíèé (êîâàíîå è ñâàðíîå, ïðèìåíåíèå
óñèëèâàþùèõ ýëåìåíòîâ è äð.) òàêæå óñëîæíÿåò çàäà÷ó è ïîëó÷åíèå ðåøåíèé äàæå
äëÿ áåçäåôåêòíîãî ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ [14, 15].
Î÷åâèäíî, ÷òî áåçäåôåêòíîå ïàòðóáêîâîå ñîåäèíåíèå â óñëîâèÿõ íàãðóæåíèÿ
èñêëþ÷èòåëüíî âíóòðåííèì äàâëåíèåì, äàæå íå ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå êîíöåíòðà-
öèþ íàïðÿæåíèé, èçíà÷àëüíî îáëàäàåò ìåíüøåé ïðî÷íîñòüþ ïî ñðàâíåíèþ ñ áåç-
äåôåêòíîé ïðÿìîé òðóáîé. Ïîýòîìó ïàòðóáêîâîå ñîåäèíåíèå ïðÿìûõ òðóá íà ïðàê-
òèêå òðåáóåò óñèëåíèÿ óòîëùåííûì øòóöåðîì, ïðèâàðíûìè íàêëàäêàìè, ìåñòíûì
óòîëùåíèåì îñíîâíîé òðóáû âîêðóã îòâåðñòèÿ èëè èõ êîìáèíàöèåé. Åñëè ïðèíÿòîå
óñèëåíèå âîññòàíàâëèâàåò íåñóùóþ ñïîñîáíîñòü îñíîâíîé òðóáû ñîåäèíåíèÿ, åå
ïðî÷íîñòü öåëåñîîáðàçíî îöåíèâàòü ìåòîäàìè áåçäåôåêòíîé ïðÿìîé òðóáû [9] ñ
èñïîëüçîâàíèåì ïðîñòûõ ôîðìóë. Òåì íå ìåíåå â ñèëó ðàçëè÷íûõ ïðè÷èí óêàçàííîãî
âûøå óñèëåíèÿ íå âñåãäà óäàåòñÿ äîñòè÷ü.  íîðìàõ íà ïðîåêòèðîâàíèå [16] îñòà-
òî÷íóþ ïðî÷íîñòü ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ ñî ñðåäíèì äèàìåòðîì Dm , òîëùèíîé
ñòåíêè îñíîâíîé òðóáû s è äèàìåòðîì îòâåðñòèÿ ïîä øòóöåð d , íàãðóæåííîãî
âíóòðåííèì äàâëåíèåì, ïðåäëàãàåòñÿ îöåíèâàòü ñ ïîìîùüþ êîýôôèöèåíòà ñíèæåíèÿ
ïðî÷íîñòè:
� �c d
m
A
s c D s c
� �
� �
�
�
�
�
�
�1
2 1 1
�
( ) ( )
, (1à)
ãäå �A – ñóììà ïëîùàäåé óêðåïëÿþùèõ ýëåìåíòîâ; c1 – ïðèáàâêà ê òîëùèíå ñòåíêè,
ó÷èòûâàþùàÿ âîçìîæíîå óòîíåíèå ïðè èçãîòîâëåíèè è âñëåäñòâèå ðàçëè÷íûõ âèäîâ
êîððîçèè; �d – êîýôôèöèåíò ñíèæåíèÿ ïðî÷íîñòè îñíîâíîé òðóáû ñ íåóêðåïëåííûì
îòâåðñòèåì ïîä øòóöåð,
�d
m
d
D s c
�
�
�
�
�
�
�
�
�2 175
1( )
, . (1á)
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6 43
Îöåíêà ïðåäåëüíîãî äàâëåíèÿ Ò-îáðàçíîãî ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ ...
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî â ñòàíäàðòàõ ASME ïðî÷íîñòü ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ
ïðåäëàãàåòñÿ îöåíèâàòü òàêæå ñ ó÷åòîì ýêâèâàëåíòíîé ïëîùàäè óêðåïëÿþùèõ ýëå-
ìåíòîâ.
Íàèáîëåå íàãðóæåííîé çîíîé áåçäåôåêòíîãî Ò-îáðàçíîãî ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíå-
íèÿ ïðè âîçäåéñòâèè âíóòðåííåãî äàâëåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ðàçâåòâëåíèå îñíîâíîé òðóáû è
øòóöåðà (crotch/êëèí) â ïëîñêîñòè, ïðîõîäÿùåé ÷åðåç ïåðåñåêàþùèåñÿ îñè ïðÿìûõ
òðóá (ðèñ. 1). Â ýòîì ìåñòå, à èìåííî íà âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè îñíîâíîé òðóáû,
ïðè îöåíêå õðóïêîé ïðî÷íîñòè ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ [17, 18], â òîì ÷èñëå êîðïóñà
ðåàêòîðà [19], ïîñòóëèðóþò ïîâåðõíîñòíóþ òðåùèíó. Ïîëó÷åííûå ñ ïîìîùüþ ÌÊÝ
ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ, ïðèâåäåííûå â [20], à òàêæå ïîëíîìàñøòàáíûõ ýêñïåðèìåí-
òàëüíûõ èññëåäîâàíèé áåçäåôåêòíûõ ïàòðóáêîâûõ ñîåäèíåíèé ñ ðàçëè÷íûìè ãåîìåò-
ðè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè [21, 22] â óñëîâèÿõ íàãðóæåíèÿ âíóòðåííèì äàâëåíèåì
ïîêàçûâàþò, ÷òî ìàêñèìàëüíûå ýêâèâàëåíòíûå íàïðÿæåíèÿ íàáëþäàþòñÿ èìåííî â
ýòîé çîíå.
Ïðè îöåíêå îñòàòî÷íîé ïðî÷íîñòè òðóáû ñ ïîâåðõíîñòíûì äåôåêòîì ðàçëè÷àþò
ëîêàëüíîå è ãëîáàëüíîå ïðåäåëüíûå ïëàñòè÷åñêèå ñîñòîÿíèÿ, äëÿ êîòîðûõ ïðèâîäÿòñÿ
ñîîòâåòñòâóþùèå ôîðìóëû. Ëîêàëüíîå ïðåäåëüíîå ñîñòîÿíèå äîñòèãàåòñÿ â îêðåñò-
íîñòÿõ íåòòî-ñâÿçêè (îñòàòî÷íàÿ òîëùèíà), â òî âðåìÿ êàê ãëîáàëüíîå ðåøåíèå
îïèñûâàåò ïåðåõîä áîëüøîãî îáúåìà ìåòàëëà â ïðåäåëüíîå ñîñòîÿíèå, â òîì ÷èñëå çà
ïðåäåëàìè, ñîáñòâåííî, äåôåêòà.  [23–25] óêàçàííîå ðàçëè÷èå ó÷èòûâàåòñÿ äîñòà-
òî÷íî ôîðìàëüíî, áåç ðàçúÿñíåíèÿ ïðåäåëîâ ïðèìåíèìîñòè êàæäîãî èç äâóõ ñîñòîÿ-
íèé, ÷òî ñâÿçàíî ñ ýìïèðè÷åñêîé ïðèðîäîé ðåêîìåíäóåìûõ ôîðìóë. Ñëåäóåò òàêæå
îòìåòèòü, ÷òî èñïîëüçîâàíèå ÷èñëåííûõ ìåòîäîâ, âîîáùå, íå ïîçâîëÿåò ðàçëè÷èòü
ëîêàëüíîå è ãëîáàëüíîå ïðåäåëüíûå ïëàñòè÷åñêèå ñîñòîÿíèÿ.
Ðàíåå [26–28] íà îñíîâå ïðèíÿòûõ ãèïîòåç ðàñïðåäåëåíèÿ âíóòðåííèõ óñèëèé
ïðåäëîæåíû ôèçè÷åñêè îáîñíîâàííûå àíàëèòè÷åñêèå ìîäåëè ãëîáàëüíîãî è ëîêàëü-
íîãî ïðåäåëüíîãî ïëàñòè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ. Îñîáåííîñòüþ ëîêàëüíîé ìîäåëè ÿâëÿ-
åòñÿ ó÷åò îãðàíè÷åííîé ñïîñîáíîñòè ìàòåðèàëà òðóáû ñîïðîòèâëÿòüñÿ áîëüøèì
ïëàñòè÷åñêèì äåôîðìàöèÿì, ÷òî ëèìèòèðóåò âîçìîæíîñòü ïåðåðàñïðåäåëåíèÿ íàïðÿ-
æåíèé. Ãëîáàëüíàÿ ìîäåëü, â îòëè÷èå îò ëîêàëüíîé, õàðàêòåðèçóåòñÿ ñëîæíûì ðàñ-
ïðåäåëåíèåì íàïðÿæåíèé, åå èñïîëüçîâàíèå ïðèâîäèò ê ìàêñèìàëüíîìó ñòàòè÷åñêè
âîçìîæíîìó çíà÷åíèþ äëÿ äåéñòâóþùèõ âíåøíèõ ñèë. Òàêèå ðåøåíèÿ äàþò ïîíÿòü
ìåõàíèçì ðàñïðåäåëåíèÿ íàïðÿæåíèé è ïðèðîäó ðàçðóøåíèÿ.
a á
Ðèñ. 1. Çîíà “êëèíà” áåçäåôåêòíîãî Ò-îáðàçíîãî ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ: à – ñõåìà ñîåäè-
íåíèÿ; á – ñîåäèíåíèå ïîñëå ðàçðóøåíèÿ.
44 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6
Ñ. Ì. Àãååâ, È. Â. Îðûíÿê, Â. À. Ñòðèæàëî è äð.
Òàê, ïðè îöåíêå îñòàòî÷íîé ïðî÷íîñòè òðóáû ñ ïðîäîëüíîé ïîâåðõíîñòíîé
òðåùèíîé äëèíîé 2c è ãëóáèíîé a ïðÿìîóãîëüíîãî ïðîôèëÿ ðàíåå [26] ïîëó÷åíà
ñëåäóþùàÿ ëîêàëüíàÿ àíàëèòè÷åñêàÿ ôîðìóëà:
� � �
� �
�
� �
� �
1 2 1
1 2 1
2
0 0
2
0
( )
( )
, (2à)
ãäå
– áåçðàçìåðíûé êîýôôèöèåíò îñòàòî÷íîé ïðî÷íîñòè,
�� P R ÒLL ( );â � –
áåçðàçìåðíàÿ äëèíà òðåùèíû, � � c RT ; �0 – áåçðàçìåðíàÿ òîëùèíà íåòòî-ñâÿçêè,
�0 1� � ( );a T R T, – ðàäèóñ è òîëùèíà ñòåíêè òðóáû; PLL – ïðåäåëüíîå âíóòðåííåå
äàâëåíèå; � â – ïðåäåë ïðî÷íîñòè ìàòåðèàëà òðóáû.
Ïîñêîëüêó ïðåäñòàâëåííàÿ ðàíåå [26] ãëîáàëüíàÿ àíàëèòè÷åñêàÿ ìîäåëü ââèäó
óêàçàííûõ âûøå ïðè÷èí ÿâëÿåòñÿ ñëîæíîé, îñòàòî÷íóþ ïðî÷íîñòü ñêâîçíîé òðåùèíû
äëèíîé � th ñ RT� 1 818, ñ äîñòàòî÷íîé ñòåïåíüþ òî÷íîñòè ìîæíî îöåíèòü ïî
ãëîáàëüíîé ýìïèðè÷åñêîé ôîðìóëå [23]
� �
�
� �
1
1 0 3797 0 0012362 4, ,th th
ïðè � th � 91, . (2á)
Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî â ïðåäåëüíîì ñëó÷àå î÷åíü ãëóáîêîãî äåôåêòà �0 0�
ïðî÷íîñòü, ïîëó÷åííàÿ ïî ôîðìóëå (2á), âñåãäà âûøå ïðî÷íîñòè, îïðåäåëåííîé ïî
ôîðìóëå (2à), ò.å. ïðî÷íîñòü òðóáû ñî ñêâîçíîé òðåùèíîé âûøå ïðî÷íîñòè òðóáû ñ
ïîâåðõíîñòíîé òðåùèíîé (ðèñ. 2).
Âìåñòå ñ òåì îñíîâíûì ïðåèìóùåñòâîì ëîêàëüíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ
óïðîùåííîå àíàëèòè÷åñêîå îïèñàíèå ïðåäåëüíîãî ñîñòîÿíèÿ. Ýòî äîñòèãàåòñÿ ïðè
èñïîëüçîâàíèè ãèïîòåçû, ñîãëàñíî êîòîðîé ïåðåðåçûâàþùåå â îêðóæíîì íàïðàâëå-
íèè óñèëèå è êàñàòåëüíàÿ ñèëà ïðèíèìàþòñÿ ðàâíûìè íóëþ.
Î÷åâèäíî, â çîíå ñêâîçíîãî îòâåðñòèÿ ïîä øòóöåð õàðàêòåðíîå äëÿ ëîêàëüíîãî
ðåøåíèÿ îãðàíè÷åíèå äåôîðìàöèé â îêðóæíîì íàïðàâëåíèè îòñóòñòâóåò, â ýòîì
ñëó÷àå öåëåñîîáðàçíî èñïîëüçîâàòü ãëîáàëüíûé ïîäõîä. Çîíà îñíîâíîé òðóáû (êëèí),
â êîòîðîé ïîñòóëèðóåòñÿ ïðîäîëüíàÿ ïîâåðõíîñòíàÿ òðåùèíà, õàðàêòåðèçóåòñÿ ëîêàëü-
íûì ïðåäåëüíûì ñîñòîÿíèåì.
Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà óìåíüøåíèÿ ïðî÷íîñòè îò äëèíû äåôåêòà ïðè �0 0� ïî
ëîêàëüíîé ôîðìóëå (2à) – 1 è ïî ãëîáàëüíîé ôîðìóëå (2á) – 2.
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6 45
Îöåíêà ïðåäåëüíîãî äàâëåíèÿ Ò-îáðàçíîãî ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ ...
Ñ ó÷åòîì âûøåèçëîæåííîãî îñîáåííîñòü ìîäåëèðîâàíèÿ ïðåäåëüíîãî ïëàñòè-
÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ äåôåêòíîãî ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ, â îòëè÷èå îò ïðåäëîæåííîãî
ðàíåå [29] ïîäõîäà, çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì:
Ïðåäåëüíîå ñîñòîÿíèå ïàòðóáêîâîé çîíû ìîäåëèðóåòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ëî-
êàëüíîãî ïîäõîäà, ãäå èñêóññòâåííî ïîñòóëèðóåòñÿ ôèêòèâíàÿ íåòòî-ñâÿçêà. Ïðè ýòîì
òîëùèíà ïîñëåäíåé îïðåäåëÿåòñÿ ïóòåì ñðàâíåíèÿ ãëîáàëüíîé îñòàòî÷íîé ïðî÷íîñòè
ñ ëîêàëüíîé, ÷òî õàðàêòåðèçóåò ãðàíèöó ìåæäó “òå÷üþ” è “ðàçðóøåíèåì” [30].
Ïðåäåëüíîå ñîñòîÿíèå îñíîâíîé òðóáû â çîíå (êëèí) ïîñòóëèðóåìîãî ïðîäîëü-
íîãî ïîâåðõíîñòíîãî äåôåêòà îïèñûâàåòñÿ ëîêàëüíîé ìîäåëüþ.
Îñíîâíîé çàäà÷åé ðàáîòû áûëî: ðàçðàáîòàòü àíàëèòè÷åñêóþ ìîäåëü îöåíêè
ïðåäåëüíîãî âíóòðåííåãî äàâëåíèÿ Ò-îáðàçíîãî ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ ñ ïðîäîëü-
íûì ïîâåðõíîñòíûì äåôåêòîì îñíîâíîé òðóáû, ðàñïîëîæåííûì â íåïîñðåäñòâåííîé
áëèçîñòè ê øòóöåðó (êëèí), ïðè íàãðóæåíèè âíóòðåííèì äàâëåíèåì; ïðîâåñòè ñåðèþ
ïîëíîìàñøòàáíûõ èñïûòàíèé ïðè íàãðóæåíèè âíóòðåííèì äàâëåíèåì äî ðàçðóøåíèÿ
ïàòðóáêîâûõ ñîåäèíåíèé ñ íàäðåçîì îñíîâíîé òðóáû â çîíå êëèíà; ïîñòðîèòü ÌÊÝ
ìîäåëü ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ è ïîëó÷èòü çàâèñèìîñòü ïåðåìåùåíèé òî÷åê ñîåäè-
íåíèÿ îò âåëè÷èíû âíóòðåííåãî äàâëåíèÿ; ñðàâíèòü ìåæäó ñîáîé àíàëèòè÷åñêèå,
ýêñïåðèìåíòàëüíûå è ÷èñëåííûå ðåçóëüòàòû.
1. Ïðåäåëüíîå ïëàñòè÷åñêîå ñîñòîÿíèå áåçäåôåêòíîãî ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíå-
íèÿ.
1.1. Îïðåäåëåíèå ôèêòèâíîé íåòòî-òîëùèíû â çîíå ñêâîçíîãî îòâåðñòèÿ
ïîä øòóöåð. Ïðåäåëüíîå ïëàñòè÷åñêîå ñîñòîÿíèå çîíû ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ
ìîäåëèðóåòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ëîêàëüíîãî ïîäõîäà [27], â ñîîòâåòñòâèè ñ êîòîðûì
ïðåäïîëàãàåòñÿ îòñóòñòâèå âçàèìíûõ ïåðåìåùåíèé òî÷åê òðóáû â îêðóæíîì íàïðàâ-
ëåíèè â ðåçóëüòàòå èñêóññòâåííî ââåäåííîé ôèêòèâíîé íåòòî-ñâÿçêè. Ïðåèìóùåñòâî
ëîêàëüíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ â ñðàâíåíèè ñ áîëåå óìåñòíûì â äàííîì ñëó÷àå ãëîáàëü-
íûì çàêëþ÷àåòñÿ â ïðèðàâíèâàíèè ê íóëþ ïåðåðåçûâàþùèõ ñèë. Òàêèì îáðàçîì, ðàñ-
ñìàòðèâàþòñÿ òîëüêî äâà èç ïÿòè óðàâíåíèé ðàâíîâåñèÿ:
P N R dQ dxLL x� �� ; (3à)
dM dx Qx x� . (3á)
Ââåäåì ïîíÿòèå ôèêòèâíîé áåçðàçìåðíîé òîëùèíû íåòòî-ñâÿçêè 0 1� � �z T Tí.ô .
Ñîâìåñòèì íà÷àëî îñè êîîðäèíàò x ñ öåíòðîì äåôåêòà. Òîãäà ñîãëàñíî ìîäåëè
ïðåäåëüíîãî ïëàñòè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ ïîëó÷èì, ÷òî îêðóæíûå óñèëèÿ N zT� �� â â
ïðåäåëàõ x c� è N T� �� â íà ó÷àñòêå x c� . Çàïèøåì èçìåíåíèå ïîïåðå÷íîé ñèëû
Qx íà ó÷àñòêàõ I è II ïðåäåëüíîé îáëàñòè, èìåþùèõ äëèíó c è x1 ñîîòâåòñòâåííî
(ðèñ. 3):
( )| ( );dQ dx TR zx I � ���
â
1 ( )| ( ).dQ dx TRx II � ���
â
1 1 (4)
Ïðîöåäóðà ïîñëåäóþùåãî ðåøåíèÿ óðàâíåíèé (3) è (4) ñ îïðåäåëåíèåì ïðèðîñòà
ïðèëîæåííîãî èçãèáàþùåãî ìîìåíòà äåòàëüíî îïèñàíà ðàíåå [26, 27]. Îòìåòèì
òîëüêî, ÷òî ãðàíèöà ïðåäåëüíîé îáëàñòè x x c� �1 îïðåäåëÿåòñÿ èç óñëîâèÿ ìàêñè-
ìóìà ïðèëîæåííîãî èçãèáàþùåãî ìîìåíòà: Q x x cx ( )� � �1 0 (ðèñ. 3), êîòîðûé äàëåå
ïðèðàâíèâàåòñÿ ê ïðåäåëüíîìó (ñïîñîáíîñòü ñòåíêè òðóáû ñîïðîòèâëÿòüñÿ ïðèëî-
æåííîìó èçãèáàþùåìó ìîìåíòó), ò.å. �M M x c M
x
x xïð | [ ( )] [ ( )],0 1
1 0� � � ãäå äëÿ óïðî-
ùåíèÿ ïðèíÿòî [ ( )] [ ( )] .M x c M tx x1
20 4� �� � � â
Òàêèì îáðàçîì, âûðàæåíèå äëÿ áåçðàçìåðíîãî êîýôôèöèåíòà óìåíüøåíèÿ ïðî÷-
íîñòè òðóáû
ñ ôèêòèâíîé íåòòî-ñâÿçêîé áóäåò ñîîòâåòñòâîâàòü ôîðìóëå (2à), ãäå
âìåñòî ïàðàìåòðà �0 èñïîëüçóåòñÿ áåçðàçìåðíàÿ òîëùèíà íåòòî-ñâÿçêè z T T� í.ô .
46 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6
Ñ. Ì. Àãååâ, È. Â. Îðûíÿê, Â. À. Ñòðèæàëî è äð.
Èñêîìàÿ âåëè÷èíà z ÿâëÿåòñÿ êîðíåì êâàäðàòíîãî óðàâíåíèÿ, êîòîðîå ïîëó-
÷àåòñÿ ïðè óñëîâèè ðàâåíñòâà ïðàâûõ ÷àñòåé (2à) è (2á):
z z2
2
1
1
2
1 0� � � � � �( ) ( ) ,
�
(5)
ãäå
– êîýôôèöèåíò, îïðåäåëÿåìûé ïî ãëîáàëüíîé ôîðìóëå (2á).
1.2. Ó÷åò ýôôåêòà îò óñèëåíèÿ ñêâîçíîãî îòâåðñòèÿ øòóöåðîì. Ïðèâàðåí-
íûé ê òðóáå ñ îòâåðñòèåì øòóöåð (ïàòðóáîê) ñïîñîáåí âîñïðèíèìàòü ÷àñòü îêðóæíûõ
ñèë �N � , óñèëèâàÿ òàêèì îáðàçîì òðóáó ñ îòâåðñòèåì. Ýôôåêò îò óñèëåíèÿ èìååò
ìåñòî, åñëè ïðî÷íîñòü øòóöåðà âûøå îñòàòî÷íîé ïðî÷íîñòè îñíîâíîé òðóáû, îñëàá-
ëåííîé êðóãëûì ñêâîçíûì îòâåðñòèåì.
Îáîçíà÷èì äîïîëíèòåëüíóþ áåçðàçìåðíóþ ñèëó â îñíîâíîé òðóáå êàê �
�
� �N T� �( ).â Ïîëàãàÿ, ÷òî òàêàÿ æå îñåâàÿ ñèëà � �N Nx � � äåéñòâóåò ñî ñòîðîíû
îñíîâíîé òðóáû íà øòóöåð, ïîëó÷àåì, ÷òî øòóöåð íàãðóæåí äîïîëíèòåëüíîé îñå-
ñèììåòðè÷íîé ïîïåðå÷íîé ñèëîé Q Nx, 0 � � � . Òîãäà ñîãëàñíî (3) ðàñïðåäåëåíèå
ïîïåðå÷íûõ ñèë âäîëü îñè øòóöåðà ðàäèóñîì r è òîëùèíîé ñòåíêè t áóäåò èìåòü
ñëåäóþùèé âèä:
Q T P t r xx LL� � ��
� �â â( ) , (6)
ãäå x – êîîðäèíàòà âäîëü îñè øòóöåðà.
 îòëè÷èå îò ñëó÷àÿ, ðàññìîòðåííîãî â ðàçä. 1.1, äëèíà ïðåäåëüíîé îáëàñòè
x x� 2 îïðåäåëÿåòñÿ èç óñëîâèÿ Q x xx ( ) :� �2 0
x Tr t rT tR2 11� ��
( ( ( ))), (7)
ãäå
1 – èñêîìûé áåçðàçìåðíûé êîýôôèöèåíò îñëàáëåíèÿ ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ.
Ñ ó÷åòîì îáû÷íîãî óñëîâèÿ ïðåäåëüíîãî ñîñòîÿíèÿ (äëÿ øòóöåðà) �M
x
ïð |0
2 �
� �[ ( )] [ ( )]M x Mx x2 0 è (7) çàïèøåì âûðàæåíèå, ñâÿçûâàþùåå áåçðàçìåðíûå êîýôôè-
öèåíòû �
è
1, ò.å. âåëè÷èíó âîçìîæíîãî ïîâûøåíèÿ ïðåäåëüíîãî âíóòðåííåãî
äàâëåíèÿ îòíîñèòåëüíî åãî äîñòèãíóòîãî óðîâíÿ:
�
� �( ) ( ( )) .t T t rT tR r1 21 (8à)
Îïðåäåëèì ïðî÷íîñòü áåçäåôåêòíîãî ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ â ñîîòâåòñòâèè
ñ ðàíåå [26, 27] ïðåäëîæåííîé ëîêàëüíîé ìîäåëüþ ïðåäåëüíîãî ïëàñòè÷åñêîãî ñîñòîÿ-
Ðèñ. 3. Ïðÿìàÿ òðóáà ñî ñêâîçíûì îòâåðñòèåì ïîä øòóöåð.
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6 47
Îöåíêà ïðåäåëüíîãî äàâëåíèÿ Ò-îáðàçíîãî ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ ...
íèÿ. Ïîâòîðÿÿ ïðîöåäóðó ñ ó÷åòîì óòî÷íåííîé áåçðàçìåðíîé òîëùèíû íåòòî-ñå÷åíèÿ
â çîíå ñêâîçíîãî îòâåðñòèÿ ïîä øòóöåð z��
, ïîëó÷àåì:
� �
�
1
2 21 2 1 1 2 1� � � � � � � � �P R T z z zLL ( ) ( ( )( )) ( ( )).â � � � (8á)
Êîýôôèöèåíò
1 ìîæåò áûòü îïðåäåëåí íåñêîëüêèìè èòåðàöèÿìè. Íà ïåðâîì
øàãå, ïðèíèìàÿ �
� 0, îïðåäåëÿþò çíà÷åíèå
1. Çàòåì ñîãëàñíî (8à) íàõîäÿò íîâîå
çíà÷åíèå �
è óòî÷íÿþò åãî ñ ó÷åòîì ïîëó÷åííîãî íà ïðåäûäóùåì øàãå (êàê
ñðåäíåå), ïîñëå ÷åãî ïåðåñ÷èòûâàþò
1.
1.3. Ñîïîñòàâëåíèå ðåçóëüòàòîâ îöåíêè ïðî÷íîñòè áåçäåôåêòíîãî ïàòðóá-
êîâîãî ñîåäèíåíèÿ. Íà ðèñ. 4 ïðåäñòàâëåí ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç ðåçóëüòàòîâ, ïîëó-
÷åííûõ ïî ðàçëè÷íûì ïîäõîäàì ê îöåíêå ïðî÷íîñòè áåçäåôåêòíîãî ïàòðóáêîâîãî
ñîåäèíåíèÿ ñ ðàçíûìè ãåîìåòðè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè (r R t T� ).
Äëÿ îïðåäåëåíèÿ çíà÷åíèÿ ïðåäåëüíîãî âíóòðåííåãî äàâëåíèÿ áûëè ïîñòðîåíû
êðèâûå â êîîðäèíàòàõ äàâëåíèå–äåôîðìàöèÿ. Êðèòåðèåì íàñòóïëåíèÿ ïðåäåëüíîãî
ñîñòîÿíèÿ ñ÷èòàëîñü äîñòèæåíèå î÷åíü áîëüøèõ ïëàñòè÷åñêèõ äåôîðìàöèé ïðè
îäíîâðåìåííîì îòñóòñòâèè èçìåíåíèÿ âíóòðåííåãî äàâëåíèÿ.
2. Ïðåäåëüíîå ïëàñòè÷åñêîå ñîñòîÿíèå ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ ñ ïðîäîëü-
íûì ïîâåðõíîñòíûì äåôåêòîì îñíîâíîé òðóáû.
2.1. Ñèììåòðè÷íîå ðåøåíèå. Èññëåäóåì ñèììåòðè÷íóþ ìîäåëü ïðåäåëüíîãî
ïëàñòè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ Ò-îáðàçíîãî ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ ñ äâóìÿ ïðîäîëüíûìè
ïîâåðõíîñòíûìè òðåùèíàìè îäèíàêîâîé ãëóáèíû a è äëèíû b (ðèñ. 5). Äåôåêòû
ïîñòóëèðóþòñÿ íà íàðóæíîé ïîâåðõíîñòè îñíîâíîé òðóáû ñèììåòðè÷íî îñè øòó-
öåðà.
Ðàññìàòðèâàåòñÿ ïðåäåëüíàÿ îáëàñòü, ñîñòîÿùàÿ èç òðåõ ó÷àñòêîâ (íà ðèñ. 6
I–III). Äëèíà ïåðâîãî ó÷àñòêà ñîîòâåòñòâóåò äëèíå îòâåðñòèÿ ïîä øòóöåð, äëèíà
âòîðîãî ðàâíà äëèíå ïîñòóëèðóåìîé òðåùèíû. Ðàçìåð òðåòüåãî ó÷àñòêà îïðåäåëÿåòñÿ
ïîëîæèòåëüíîé ïîïåðå÷íîé ñèëîé (äî òåõ ïîð, ïîêà îíà íå ïðèìåò íóëåâîãî çíà÷å-
íèÿ). Ïðèðîñò ïîïåðå÷íûõ ñèë Q íà êàæäîì èç ó÷àñòêîâ èìååò âèä
( )| ( );dQ dx TR zx I � � ���
â
1
2 � ( )| ( );dQ dx TRx II � ���
�â
1
2
( )| ( ),dQ dx TRx III � ���
â
1
2 1
(9)
Ðèñ. 4. Ñîïîñòàâëåíèå ðåçóëüòàòîâ ðàñ÷åòà áåçäåôåêòíîãî ïàòðóáêà ïî ÌÊÝ [7] – 1–3, à òàêæå
ïî ôîðìóëàì (8á) – 4–6 è (1à) – 7–9: 1, 4, 7 – R T � 5; 2, 5, 8 – R T �10; 3, 6, 9 – R T � 20.
48 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6
Ñ. Ì. Àãååâ, È. Â. Îðûíÿê, Â. À. Ñòðèæàëî è äð.
ãäå �� �1 ( )a T – áåçðàçìåðíàÿ îñòàòî÷íàÿ òîëùèíà íåòòî-ñâÿçêè â çîíå ïîñòóëè-
ðóåìîé òðåùèíû (íà ðèñ. 6 ó÷àñòîê II).
Èíòåãðèðóÿ (9) è ïðèíèìàÿ Q x xx III( )| ,� �3 0 îïðåäåëÿåì êîîðäèíàòó ïðåäåëü-
íîé îáëàñòè. Ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ïðèëîæåííîãî ìîìåíòà íàõîäèòñÿ ïóòåì äâîé-
íîãî èíòåãðèðîâàíèÿ óðàâíåíèé (9) â ïðåäåëàõ x x� 0 3... :
� �M TR z c b x cïð â� � � � � ��0 5 2 21
2 1, (( )( )�
� � � � �( )( ) ( )).
�
2 1 1
2
22 1b x b x (10)
Áåçðàçìåðíûé êîýôôèöèåíò óìåíüøåíèÿ ïðî÷íîñòè
2 îïðåäåëÿåòñÿ èç óñëî-
âèÿ ðàâåíñòâà ïðèëîæåííîãî è ïðåäåëüíîãî ìîìåíòîâ:
�
��
� �
�
2
1
2
11 4 1 2 1 2
� �
� � � � � � � �P R
T
z z zLL
â
( )( ) ( )( )� � � 2
1
2
1
2
1
1 4 1 2 1 2 1
� �
�� � �
� �
( )
( ) ( ) ( )
,
�
� � � � � � �z �
(11)
ãäå �1 � b RT – áåçðàçìåðíàÿ äëèíà êàæäîãî èç äâóõ ïîñòóëèðóåìûõ ïîâåðõ-
íîñòíûõ äåôåêòîâ. Äîïîëíèòåëüíàÿ ïðî÷íîñòü îò óñèëåíèÿ øòóöåðîì �
îïðåäå-
ëÿåòñÿ èç ôîðìóëû (8à), ãäå â êà÷åñòâå êîýôôèöèåíòà îñëàáëåíèÿ âìåñòî êîýôôè-
öèåíòà
1 íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü êîýôôèöèåíò
2 (11). Èòåðàöèîííàÿ ïðîöåäóðà
íàõîæäåíèÿ �
îïèñàíà âûøå.
Ðèñ. 5. Ñõåìà Ò-îáðàçíîãî ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ ñ ñèììåòðè÷íûìè ïîâåðõíîñòíûìè
äåôåêòàìè â îñåâîì íàïðàâëåíèè.
Ðèñ. 6. Ðàñïðåäåëåíèå ïîïåðå÷íûõ ñèë Qx : 1, 2 – ñîîòâåòñòâåííî ñèììåòðè÷íîå è íåñèì-
ìåòðè÷íîå ðåøåíèÿ.
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6 49
Îöåíêà ïðåäåëüíîãî äàâëåíèÿ Ò-îáðàçíîãî ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ ...
2.2. Íåñèììåòðè÷íîå ðåøåíèå. ×àñòíûé ñëó÷àé ñ îäíèì ïîñòóëèðóåìûì äå-
ôåêòîì ãëóáèíîé a è äëèíîé b ìîæåò áûòü ëåãêî ðàññìîòðåí â ðàìêàõ ïðåä-
ëîæåííîãî ïîäõîäà. Ïðèìåì, ÷òî òðåùèíà ðàñïîëîæåíà â ïðàâîé ÷àñòè ïàòðóáêîâîãî
ñîåäèíåíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå èìååò ìåñòî ñäâèã ýïþðû ðàñïðåäåëåíèÿ ïîïåðå÷íûõ ñèë
Qx âïðàâî (â ñòîðîíó òðåùèíû) íà íåêîòîðîå ðàññòîÿíèå �c, ãäå �� 0 (ðèñ. 6).
Òàêèì îáðàçîì, îñòàòî÷íàÿ ïðî÷íîñòü áåçäåôåêòíîé ëåâîé ÷àñòè ïàòðóáêîâîãî
ñîåäèíåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ êîýôôèöèåíòîì
1 (8á), äåôåêòíîé ïðàâîé ÷àñòè –
2 (11).
Ñîãëàñíî ìîäåëüíûì ïðåäñòàâëåíèÿì äåôåêòíîå ïàòðóáêîâîå ñîåäèíåíèå äîñòèãíåò
ïðåäåëüíîãî ïëàñòè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ ïðè óñëîâèè ðàâåíñòâà êîýôôèöèåíòîâ
1 è
2. Ñ ó÷åòîì ýòîãî óñëîâèÿ è ñ èñïîëüçîâàíèåì äîïîëíèòåëüíîé èòåðàöèîííîé ïðî-
öåäóðû îïðåäåëÿþò çíà÷åíèå �, ãäå âåðõíèé è íèæíèé ïðåäåëû ïðåäïîëàãàåìîãî �
óòî÷íÿþòñÿ íà êàæäîé èòåðàöèè. Íà êàæäîé èòåðàöèè âìåñòî âåðõíåãî èëè íèæ-
íåãî ïðåäåëà ïðèíèìàåòñÿ ñðåäíåå çíà÷åíèå �, ÷òî çàâèñèò îò ðåçóëüòàòà ñîïîñ-
òàâëåíèÿ
1 è
2. Îñòàòî÷íàÿ ïðî÷íîñòü
1 çîíû îòâåðñòèÿ ïîä øòóöåð â ëåâîé
÷àñòè ñîåäèíåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ äëÿ áåçðàçìåðíîé äëèíû � �� �c RT( )1 è � th �
� �1818 1, ( )ñ RT� (2á), à çîíû îòâåðñòèÿ ïîä øòóöåð â ïðàâîé ÷àñòè – äëÿ äëèíû
� �1 1� �c RT( ) è � �th ñ RT� �1818 1, ( ) .
3. Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòà.
3.1. Îïèñàíèå ýêñïåðèìåíòà. Ñ öåëüþ ýêñïåðèìåíòàëüíîãî ïîäòâåðæäåíèÿ
êîððåêòíîñòè ïðåäëîæåííîé ìîäåëè íà ïíåâìîãèäðàâëè÷åñêîì ñòåíäå Èíñòèòóòà
ïðîáëåì ïðî÷íîñòè èì. Ã. Ñ. Ïèñàðåíêî ÍÀÍ Óêðàèíû ïðîâåäåíû ïîëíîìàñøòàáíûå
èñïûòàíèÿ ïðè íàãðóæåíèè âíóòðåííèì äàâëåíèåì äî ðàçðóøåíèÿ òðåõ Ò-îáðàçíûõ
ïàòðóáêîâûõ ñîåäèíåíèé ñ ïðîäîëüíûì íàäðåçîì, êîòîðûé íàíîñèëñÿ íà íàðóæíóþ
ïîâåðõíîñòü îñíîâíîé òðóáû ñîåäèíåíèé (ðèñ. 7).
Äëèíà îñíîâíîé òðóáû (� �219 11ìì) ñîñòàâëÿåò 1000 ìì, øòóöåðà (� �108 5 ìì)
– 500 ìì. Ìàòåðèàë ñîåäèíåíèé – àóñòåíèòíàÿ ñòàëü 08Õ18Í10Ò. Äëÿ èñêëþ÷åíèÿ
âëèÿíèÿ êðàåâîãî ýôôåêòà íà ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé ïðèâàðêà øòóöåðà ê îñíîâíîé
òðóáå îñóùåñòâëåíà íà ðàññòîÿíèè 450 ìì îò òîðöà ïîñëåäíåé. Óãîë ìåæäó îñÿìè
òðóáíûõ ýëåìåíòîâ, òîðöû êîòîðûõ çàâàðåíû ïëîñêèìè äîíûøêàìè, ñîñòàâëÿåò 90�.
Ïðîäîëüíûé ïîâåðõíîñòíûé íàäðåç äëèíîé b, ãëóáèíîé a è øèðèíîé 3 ìì ðàñïî-
ëîæåí íà âíåøíåé ïîâåðõíîñòè îñíîâíîé òðóáû ñîåäèíåíèé â íåïîñðåäñòâåííîé
áëèçîñòè ê øòóöåðó.
Ðèñ. 7. Ïàòðóáêîâîå ñîåäèíåíèå ñ ïîâåðõíîñòíûì ïðîäîëüíûì íàäðåçîì: 1 – îñíîâíàÿ òðóáà;
2 – øòóöåð; 3 – ïëîñêîå äîíûøêî; 4 – íàäðåç; 5 – øòóöåð ïîäâîäà äàâëåíèÿ.
50 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6
Ñ. Ì. Àãååâ, È. Â. Îðûíÿê, Â. À. Ñòðèæàëî è äð.
Íà âûáîð ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ òðóá è íàäðåçîâ âëèÿþò ñëåäóþùèå
ôàêòîðû:
òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ïíåâìîãèäðàâëè÷åñêîãî ñòåíäà è ñâîéñòâà ìàòå-
ðèàëà;
âåëè÷èíà îñëàáëåíèÿ îñíîâíîé òðóáû îò ñêâîçíîãî îòâåðñòèÿ è øòóöåðà äîëæíà
ñîñòàâëÿòü 20…50%, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò êîíñòðóêöèè ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ, èñïîëü-
çóåìîãî â ïðîìûøëåííîñòè;
äîïîëíèòåëüíîå îñëàáëåíèå îñíîâíîé òðóáû îò íàäðåçà äîëæíî áûòü òàêèì,
÷òîáû ïàòðóáêîâîå ñîåäèíåíèå ðàçðóøèëîñü èìåííî â ýòîé çîíå. Â òî æå âðåìÿ
íàäðåç íå äîëæåí áûòü î÷åíü ãëóáîêèì, äàæå íåáîëüøàÿ ïîãðåøíîñòü â åãî ðàçìåðàõ
ïðèâîäèò ê çíà÷èòåëüíûì îøèáêàì ïðîãíîçèðóåìîé ïðî÷íîñòè;
ïðè ìàëîì êîëè÷åñòâå èñïûòàíèé ñëåäóåò èçìåíÿòü òîëüêî îäèí ãåîìåòðè÷åñêèé
ïàðàìåòð íàäðåçà, ÷òîáû îöåíèòü åãî âëèÿíèå íà îñòàòî÷íóþ ïðî÷íîñòü ñîåäèíåíèÿ.
Íà÷àëüíûå ðàçìåðû íàäðåçîâ è ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé (äàâëåíèå, ïðè êîòîðîì
ðàçðóøèëèñü ñîåäèíåíèÿ PLL
ý ) ïðèâåäåíû â òàáëèöå. Îòìåòèì, ÷òî â ýêñïåðèìåíòàõ
ïëàíèðîâàëîñü íàíåñåíèå íàäðåçîâ ãëóáèíîé 6,5 ìì, íî â ðåçóëüòàòå ïîëó÷åíû
íàäðåçû ñ ðàçíûìè ãëóáèíàìè.  êà÷åñòâå ïðèìåðà íà ðèñ. 8 ïðåäñòàâëåíî ñîåäè-
íåíèå ¹ 1 äî è ïîñëå ðàçðóøåíèÿ.
3.2. Ñîïîñòàâëåíèå ðàñ÷åòíûõ äàííûõ ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè. Ðåçóëüòàòû
òåîðåòè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ ïî ïðåäëîæåííîé àíàëèòè÷åñêîé ìîäåëè è ýêñïåðèìåíòàëü-
íûå äàííûå ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 9. Îñè àáñöèññ ñîîòâåòñòâóåò îáîáùåííàÿ íà÷àëü-
íàÿ äëèíà äåôåêòà, âêëþ÷àþùàÿ äëèíó îòâåðñòèÿ ïîä øòóöåð è äëèíó íàäðåçà, îñè
îðäèíàò – áåçðàçìåðíûé êîýôôèöèåíò óìåíüøåíèÿ ïðî÷íîñòè
. Îðäèíàòà òî÷åê,
ñîîòâåòñòâóþùèõ ðåçóëüòàòàì ýêñïåðèìåíòà, îïðåäåëÿëàñü êàê
�� P R TLL
ý
â( ). Ïî
Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé ïàòðóáêîâûõ ñîåäèíåíèé
¹ ñîåäèíåíèÿ a, ìì b, ìì PLL
ý , ÌÏà
1 6,5 40 28,60
2 6,5 60 28,63
3 5,5 80 32,33
a á
Ðèñ. 8. Ò-îáðàçíîå ïàòðóáêîâîå ñîåäèíåíèå ¹ 1 äî (à) è ïîñëå (á) ðàçðóøåíèÿ.
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6 51
Îöåíêà ïðåäåëüíîãî äàâëåíèÿ Ò-îáðàçíîãî ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ ...
ðåçóëüòàòàì èñïûòàíèé òðåõ ïÿòèêðàòíûõ öèëèíäðè÷åñêèõ îáðàçöîâ íà ðàñòÿæåíèå
[31] çíà÷åíèå ïðåäåëà ïðî÷íîñòè ìàòåðèàëà � â ïðèíÿòî ðàâíûì 615 ÌÏà. Îáðàçöû,
âûðåçàííûå èç îñíîâíîé òðóáû, îðèåíòèðîâàíû â îêðóæíîì íàïðàâëåíèè.
Íà ðèñ. 10 ïîêàçàíî èçìåíåíèå âíóòðåííåãî äàâëåíèÿ P â çàâèñèìîñòè îò
âåëè÷èíû ðàñêðûòèÿ áåðåãîâ íàäðåçà � ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ ¹ 2 (òàáëèöà).
Îïðåäåëåíèå ïðåäåëüíîãî âíóòðåííåãî äàâëåíèÿ PLL ìåòîäîì äâîéíîãî óïðó-
ãîãî óãëà (íà ðèñ. 10 êðèâàÿ 1) äàåò êîíñåðâàòèâíûå ðåçóëüòàòû, êîòîðûå ïî÷òè â äâà
ðàçà íèæå PLL
ý . Ïðèìåíåíèå êðèòåðèÿ, ñîãëàñíî êîòîðîìó ïðåäåëüíîå ñîñòîÿíèå
õàðàêòåðèçóåòñÿ ìàêñèìàëüíûìè ïëàñòè÷åñêèìè äåôîðìàöèÿìè ïðè îäíîâðåìåííîì
îòñóòñòâèè èçìåíåíèÿ âíóòðåííåãî äàâëåíèÿ, íàïðèìåð, êàê ïðåäëàãàëîñü â ðàáîòå
[7], ïðèâîäèò ê íåêîíñåðâàòèâíûì ðåçóëüòàòàì. Ýòî õîðîøî âèäíî èç ðèñ. 10, ãäå
Ðèñ. 9. Ñîïîñòàâëåíèå ðàñ÷åòíûõ äàííûõ ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè: 1, 2 – ïî ôîðìóëå (11),
a � 5,5 è 6,5 ìì ñîîòâåòñòâåííî; 3, 4 – íåñèììåòðè÷íîå ðåøåíèå, a � 5,5 è 6,5 ìì ñîîòâåò-
ñòâåííî; 5 – äàííûå ýêñïåðèìåíòà.
Ðèñ. 10. Çàâèñèìîñòü ðàñêðûòèÿ íàäðåçà îò âåëè÷èíû âíóòðåííåãî äàâëåíèÿ: 1 – ñ èñïîëüçî-
âàíèåì ïðîãðàììíîãî êîìïëåêñà ANSYS; 2 – äàííûå ýêñïåðèìåíòà.
52 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6
Ñ. Ì. Àãååâ, È. Â. Îðûíÿê, Â. À. Ñòðèæàëî è äð.
ÌÊÝ-êðèâàÿ ëåæèò íåñêîëüêî âûøå (ïðèáëèçèòåëüíî íà 10%) ýêñïåðèìåíòàëüíîé, à
óãîë íàêëîíà êàñàòåëüíîé ê îñè àáñöèññ ïðè êðèòè÷åñêîì ýêñïåðèìåíòàëüíîì ðàñ-
êðûòèè íàäðåçà îòëè÷àåòñÿ îò íóëÿ. Àíàëîãè÷íûå ðåçóëüòàòû áûëè ïîëó÷åíû äëÿ
ïàòðóáêîâûõ ñîåäèíåíèé ¹ 1 è 3 (íà ðèñ. 10 íå ïðèâåäåíû).  ëþáîì ñëó÷àå
÷èñëåííûå ðàñ÷åòû íå ïîçâîëÿþò óñòàíîâèòü òî÷íîå çíà÷åíèå ïðåäåëüíîãî âíóò-
ðåííåãî äàâëåíèÿ.
 û â î ä û
1. Íà îñíîâå ñòàòè÷åñêîé òåîðåìû òåîðèè ïëàñòè÷íîñòè î íèæíåé íàãðóçêå
âÿçêîãî ðàçðóøåíèÿ ïîñòðîåíà àíàëèòè÷åñêàÿ ìîäåëü îöåíêè ïðåäåëüíîãî ïëàñòè-
÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ è ïîëó÷åíû ïðîñòûå ôîðìóëû äëÿ îïðåäåëåíèÿ îñòàòî÷íîé ïðî÷-
íîñòè Ò-îáðàçíîãî ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ ñ ïðîäîëüíûì ïîâåðõíîñòíûì äåôåêòîì
îñíîâíîé òðóáû ïðè åãî íàãðóæåíèè âíóòðåííèì äàâëåíèåì. Îñòàòî÷íóþ ïðî÷íîñòü
çîíû ñêâîçíîãî îòâåðñòèÿ ïîä øòóöåð ïðåäëîæåíî îöåíèâàòü ñ ïîìîùüþ óïðî-
ùåííîãî ëîêàëüíîãî ïîäõîäà. Ïðè ýòîì â ðàññìîòðåíèå ââîäèòñÿ ôèêòèâíàÿ íåòòî-
ñâÿçêà, òîëùèíà êîòîðîé îïðåäåëÿåòñÿ èç óñëîâèÿ ðàâåíñòâà ãëîáàëüíîé è ëîêàëüíîé
ïðî÷íîñòè. Ïðåäëîæåííàÿ ìîäåëü òàêæå ïîçâîëÿåò ó÷èòûâàòü ýôôåêò îò óñèëåíèÿ
øòóöåðîì, êîòîðûé â ñîîòâåòñòâèè ñ ìîäåëüíûìè ïðåäñòàâëåíèÿìè ìîæåò âîñïðè-
íèìàòü ÷àñòü îêðóæíûõ óñèëèé.
2. Îñòàòî÷íàÿ ïðî÷íîñòü çîíû ïîñòóëèðîâàííîãî ïîâåðõíîñòíîãî äåôåêòà (êëèí)
îïðåäåëÿåòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ëîêàëüíîé ìîäåëè. Ïðåäëîæåíà ïðîñòàÿ àíàëèòè-
÷åñêàÿ ôîðìóëà äëÿ îïðåäåëåíèÿ êîýôôèöèåíòà îñëàáëåíèÿ Ò-îáðàçíîãî ïàòðóáêî-
âîãî ñîåäèíåíèÿ ñ äâóìÿ ñèììåòðè÷íî ðàñïîëîæåííûìè ïðîäîëüíûìè òðåùèíàìè â
îñíîâíîé òðóáå (ñèììåòðè÷íîå ðåøåíèå). Ðàçðàáîòàíà èòåðàöèîííàÿ ïðîöåäóðà îïðå-
äåëåíèÿ îñòàòî÷íîé ïðî÷íîñòè ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ ñ îäíèì ïðîäîëüíûì äåôåê-
òîì (íåñèììåòðè÷íîå ðåøåíèå).
3. Ïðîâåäåíà ñåðèÿ ïîëíîìàñøòàáíûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé òðåõ
Ò-îáðàçíûõ ïàòðóáêîâûõ ñîåäèíåíèé ñ ïðîäîëüíûì ïîâåðõíîñòíûì íàäðåçîì îñíîâ-
íîé òðóáû, íàãðóæåííûõ âíóòðåííèì äàâëåíèåì äî ðàçðóøåíèÿ. Êîððåêòíîñòü ïðåä-
ëîæåííîé àíàëèòè÷åñêîé ìîäåëè ïîäòâåðæäåíà ïóòåì ñîïîñòàâëåíèÿ ñ ðåçóëüòàòàìè
ýêñïåðèìåíòà.
4. Ïîñòðîåííûå ïî ðåçóëüòàòàì ÌÊÝ ðàñ÷åòîâ çàâèñèìîñòè ðàñêðûòèÿ íàäðåçà
îò âåëè÷èíû âíóòðåííåãî äàâëåíèÿ è èõ ñîïîñòàâëåíèå ñ ýêñïåðèìåíòàëüíîé êðèâîé
ñâèäåòåëüñòâóþò î íåâîçìîæíîñòè òî÷íîãî îïðåäåëåíèÿ çíà÷åíèÿ ïðåäåëüíîãî äàâëå-
íèÿ. Ïðèìåíåíèå ìåòîäà äâîéíîãî óïðóãîãî óãëà ïðèâîäèò ê î÷åíü êîíñåðâàòèâíûì
îöåíêàì, â òî âðåìÿ êàê êðèòåðèé ìàêñèìàëüíûõ ïëàñòè÷åñêèõ äåôîðìàöèé – ê
çàâûøåííûì îöåíêàì, ÷òî íå ïîçâîëÿåò óñòàíîâèòü ëîêàëüíîå ïðåäåëüíîå âíóò-
ðåííåå äàâëåíèå.
Ð å ç þ ì å
Çàïðîïîíîâàíî àíàë³òè÷íó ìîäåëü îö³íêè ãðàíè÷íîãî ïëàñòè÷íîãî ñòàíó Ò-ïîä³áíîãî
ïàòðóáêîâîãî ç’ºäíàííÿ ç ïîçäîâæí³ì ïîâåðõíåâèì äåôåêòîì ïîñò³éíî¿ ãëèáèíè â
çîí³ ïðèâàðêè øòóöåðà íà çîâí³øí³é ïîâåðõí³ îñíîâíî¿ òðóáè ïðè éîãî íàâàíòàæåíí³
âíóòð³øí³ì òèñêîì. Âèêîíàíî ïîð³âíÿëüíèé àíàë³ç ðîçðàõóíêîâèõ äàíèõ ³ç ðåçóëü-
òàòàìè ïîâíîìàñøòàáíèõ âèïðîáóâàíü ïàòðóáêîâèõ ç’ºäíàíü ³ç íàäð³çàìè, íàâàí-
òàæåíèõ âíóòð³øí³ì òèñêîì äî ðóéíóâàííÿ.
1. ×åðåïàíîâ Ã. Ï. Ìåõàíèêà õðóïêîãî ðàçðóøåíèÿ. – Ì.: Íàóêà, 1974. – 640 ñ.
2. Broek D. The Practical Use of Fracture Mechanics. – Dordrecht: Kluwer Academic
Publishers, 1989. – 522 p.
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6 53
Îöåíêà ïðåäåëüíîãî äàâëåíèÿ Ò-îáðàçíîãî ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ ...
3. Kiefner J. F., Maxey W. A., Eiber R. J., and Duffy A. R. Fracture stress levels of flaws
in pressurized cylinders // Progress in Flaw Growth and Fracture Toughness Testing.
– ASTM STP 536, 1973. – P. 461 – 481.
4. Andrade E. Q. and Benjamin A. C. Structural evaluation of corrosion defects in
pipelines: comparison of FE analyses and assessment methods // Proc. of the 14th Int.
Offshore and Polar Engineering Conf. (ISOPE 2004). – 2004. – P. 120 – 127.
5. Batte D., Fu B., Kirkwood M. G., and Vu D. Advanced methods for integrity
assessment of corroded pipelines // Pipes Pipelin. Int. – 1997. – 42. – P. 5 – 11.
6. Lynch M. A., Moffat D. G., and Moreton D. N. Limit loads for cracked piping branch
junctions under pressure and branch out-of-plane bending // Int. J. Press. Vess. Piping.
– 2000. – 77. – P. 185 – 194.
7. Kim Y. J., Lee K. N., and Park C. Y. Limit loads for piping branch junctions under
internal pressure and in-plane bending – Extended solutions // Ibid. – 2008. – 85. –
P. 360 – 367.
8. Myeong M. S., Kim Y. J., and Budden P. J. Limit load interaction of cracked branch
junctions under combined pressure and bending // Eng. Fract. Mech. – 2012. – 86. –
P. 1 – 12.
9. Miller A. G. Review of limit loads of structures containing defects // Int. J. Press.
Vess. Piping. – 1988. – 32. – P. 197 – 327.
10. Kitching R. and Zarrabi K. Lower bound to limit pressure for cylindrical shell with
part-through slot // Int. J. Mech. Sci. – 1981. – 23. – P. 31 – 48.
11. Kitching R., Davis J. K., and Gill S. S. Limit pressure for cylindrical shells with
unreinforced openings of various shapes // Ibid. – 1970. – 12. – P. 313 – 320.
12. Orynyak I. V. and Borodii M. V. A ductile fracture model for a pipe with an axial
surface crack // Eng. Fract. Mech. – 1994. – 49, No 2. – P. 287 – 294.
13. Îðûíÿê È. Â., Øëàïàê Ë. Ñ. Îöåíêà ïðåäåëüíîãî äàâëåíèÿ òðóáû ñ âìÿòèíîé //
Ïðîáë. ïðî÷íîñòè. – 2001. – ¹ 5. – Ñ. 101 – 110.
14. Xuan F. Z., Li P. N., Liu C. J., and Hui H. Review of collapse limit load of nozzle/tee
connection containing defects // Chin. J. Press. Vess. Techn. – 2000. – 17, No 3. –
P. 65 – 71.
15. Xuan F. Z., Li P. N., and Tu S. T. Plastic limit load of welded piping branch junctions
under internal pressure // Nucl. Eng. Des. – 2003. – 224. – P. 1 – 9.
16. ÏÍÀÝ Ã-7-002-86. Íîðìû ðàñ÷åòà íà ïðî÷íîñòü îáîðóäîâàíèÿ è òðóáîïðîâîäîâ
àòîìíûõ ýíåðãåòè÷åñêèõ óñòàíîâîê. – Ì.: Ýíåðãîàòîìèçäàò, 1989. – 524 ñ.
17. Akhurst K. N. and Chell G. G. Methods of calculating stress intensity factors for
nozzle corner cracks // Int. J. Press. Vess. Piping. – 1983. – 14. – P. 227 – 257.
18. Cai S. and Xu Y. Approximate expressions of maximum value of stress intensity factor
of nozzle corner cracks // Ibid. – 1988. – 35. – P. 411 – 422.
19. Atluri S. N. and Kathiresan K. Stress intensity factor solutions for arbitrarily shaped
surface flaws in reactor pressure vessel nozzle corners // Ibid. – 1980. – 8. – P. 313 –
322.
20. Yahiaoui K., Moffat D. G., and Moreton D. N. Plastic loads of cracked forged piping
branch junctions: experimental results and comparison with numerical data // Ibid. –
2000. – 77. – P. 249 – 260.
21. Xue L., Widera G. E. O., and Sang Z. Application of FEM analysis methods to a
cylinder–cylinder intersection structure // Trans. of the 18th Int. Conf. on Structural
Mechanics in Reactor Technology (SMiRT18-F07-4). – 2005. – P. 1329 – 1340.
54 ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6
Ñ. Ì. Àãååâ, È. Â. Îðûíÿê, Â. À. Ñòðèæàëî è äð.
22. Xue L. and Widera G. E. O. Burst pressure prediction shell intersection // Trans. of the
19th Int. Conf. on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT19-F01/5). –
2007. – P. 1 – 8.
23. APIRP579. Recommended Practice for Fitness for Service. – American Petroleum
Institute, 2000. – 448 p.
24. SINTAP 1999, Final Version. – November 1999.
25. Assessment of the Integrity of Structures Containing Defects: R/H/R6. – British
Energy Generation Ltd, 2000.
26. Orynyak I. V. Leak and break models of pressurized pipe with axial defects // Proc.
Biennial Int. Pipeline Conf. (IPC 3). – PART A, 2007. – P. 41 – 56.
27. Îðûíÿê È. Â., Àãååâ Ñ. Ì. Ìîäåëèðîâàíèå ïðåäåëüíîãî ïëàñòè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ
òîëñòîñòåííûõ òðóá ñ îñåâûìè ïîâåðõíîñòíûìè äåôåêòàìè // Ïðîáë. ìàøèíî-
ñòðîåíèÿ è íàäåæíîñòè ìàøèí. – 2009. – ¹ 4. – Ñ. 115 – 123.
28. Îðûíÿê È. Â., Àãååâ Ñ. Ì. Ðàñ÷åò ññûëî÷íûõ íàïðÿæåíèé äëÿ ïîïåðå÷íûõ
äåôåêòîâ ñëîæíîé ôîðìû â òðóáàõ // Ïðîáë. ïðî÷íîñòè. – 2011. – ¹ 6. – Ñ. 117 –
135.
29. Orynyak I. V. ‘Leak’ scenario in limit load estimate for a pressurized thin-walled
branch pipe with an axial crack // Eng. Fract. Mech. – 1999. – 63. – P. 485 – 501.
30. Îðûíÿê È. Â., Âëàñåíêî Í. È., Êîçëîâ Â. ß. è äð. Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé òðóáíûõ
îáðàçöîâ ñ íàäðåçàìè â ðàìêàõ ýêñïåðèìåíòàëüíîãî îáîñíîâàíèÿ ÿâëåíèÿ “òå÷ü
ïåðåä ðàçðóøåíèåì” // Ïðîáë. ïðî÷íîñòè. – 2012. – ¹ 5. – Ñ. 135 – 149.
31. ÃÎÑÒ 1497-84. Ìåòàëëû. Ìåòîäû èñïûòàíèé íà ðàñòÿæåíèå. – Ââåä.01.01.86.
Ïîñòóïèëà 18. 03. 2014
ISSN 0556-171X. Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè, 2014, ¹ 6 55
Îöåíêà ïðåäåëüíîãî äàâëåíèÿ Ò-îáðàçíîãî ïàòðóáêîâîãî ñîåäèíåíèÿ ...
|