Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Совершенствование методических основ нормирования характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем при пульсационных давлениях рабочих сред

Диссертация: Совершенствование методических основ нормирования характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем при пульсационных давлениях рабочих сред
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Теоретические и экспериментальные данные работы были доложены на: научных семинарах «Безопасность нефтегазового оборудования и трубопроводов» (г. Уфа, 2010 г., 2011 г.) — на научно-практических конференциях «Энергоэффективность. Проблемы и решения» в рамках Российских энергетических форумов (г. Уфа, 2010 г., 2011 г.) — на VII Международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный… Читать ещё >

Совершенствование методических основ нормирования характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем при пульсационных давлениях рабочих сред (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • 1. Анализ современных подходов по расчетам характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем в условиях пульсационного изменения внутреннего давления рабочих сред
    • 1. 1. Усталостные процессы металлов

    1.2 Анализ расчетных методов оценки характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем с исходными повреждениями, работающих под действием пульсационного изменения давления рабочих сред.

    Выводы по главе 1.

    2 Расчетная оценка взаимосвязей деформационных, силовых и энергетических характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем при статическом и циклическом нагружениях.

    2.1 Определение плотности энергии деформации стандартных образцов на осевое растяжение до разрушения.

    2.2 Оценка степени снижения предельной плотности энергии деформации оболочковых элементов с повреждениями.

    2.3 Взаимосвязь плотности энергии деформации и характеристик усталости оболочковых элементов с трещинами.

    Выводы по главе 2.

    3 Совершенствование методов расчета циклической долговечности оболочковых элементов технических систем.

    3.1 Основные характеристики прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем 45 при пульсационных давлениях рабочих сред.

    3.2 Оценка характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем по критериям усталости.

    3.3 Усовершенствованный метод расчета циклической долговечности оболочковых элементов трубопроводных систем по результатам неразрушагощего контроля сварных стыков.

    Выводы по главе 3.

    4 Исследование влияния повреждений в металле на циклическую прочность и долговечность оболочковых элементов трубопроводных систем.

    4.1 Роль микромеханической неоднородности и концентрации напряжений при оценке характеристик циклической усталости оболочковых элементов трубопроводных систем.

    4.2 Взаимосвязь усталостных характеристик и микроскопических деформаций.

    4.3 Исследование взаимосвязей характеристик циклической усталости и коэффициентов концентрации напряжений оболочковых элементов трубопроводных систем.

    Выводы по главе 4.

Актуальность работы.

Проблема обеспечения безопасности потенциально опасных объектов трубопроводных систем (ТС) нефтегазовой отрасли была и будет чрезвычайно острой и актуальной. При этом основным направлением решения указанной проблемы является оперативная и комплексная оценка технического состояния оболочковых элементов (ОЭ) трубопроводных систем с применением адекватных методов и средств неразрушающего контроля и расчетного определения прочности и долговечности с учетом реальных процессов повреждаемости металла, в частности перенапряженности и циклической усталости.

Важным фактором, существенно влияющим на прочность и долговечность оболочковых элементов трубопроводных систем, является циклическая повреждаемость металла, интенсифицируемая различными концентраторами и повреждениями. В связи с этим разработки по совершенствованию характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем с учетом циклической повреждаемости металла являются, несомненно, актуальными и важными в жизнедеятельности. При этом следует иметь в виду, что многие объекты трубопроводных систем работают за пределами проектного ресурса.

Цель работы — обеспечение прочностной безопасности эксплуатации оболочковых элементов трубопроводных систем с различными концентраторами напряжений регламентацией их остаточного ресурса, определяемого по адекватным критериям циклической трещиностойкости и усталости металла.

Основные задачи работы: исследование взаимосвязи деформационных, силовых и энергетических характеристик ОЭ ТС с образцами из них;

— обоснование метода оперативной и адекватной оценки характеристик полных диаграмм циклической усталости оболочковых элементов трубопроводных системразработка метода расчетного определения циклической долговечности оболочковых элементов трубопроводных систем по данным неразрушающего контроля;

— разработка методов расчета прогнозируемого и остаточного ресурсов оболочковых элементов трубопроводных систем при пульсационных изменениях внутреннего давления.

Научная повнзна:

• базируясь на основных закономерностях диаграмм статического разрушения, установлена зависимость удельной работы разрушения оболочкого элемента от предела прочности, относительного удлинения и пределов текучести и прочности металла;

• получены аналитические формулы для определения констант в степенных уравнениях малоцикловой и усталостной повреждаемости сталей с произвольными струтурно-прочностными характеристиками;

• установлены закономерности взаимосвязей характеристик статической и циклической прочностей различных сталей и оболочковых элементов из них с учетом степени перенапряженности, механических свойств, трещиностойкости металла и цикличности нагружения.

Практическая ценность результатов работы.

• предложенные методы расчетного определения ресурса оболочковых элементов позволяют оперативно и адекватно устанавливать безопасные сроки эксплуатации объектов трубопроводных систем;

• основные результаты использованы при разработке практических рекомендаций по расчетному определению большинства характеристик безопасности эксплуатации объектов трубопроводных систем, работающих в условиях пульсациопного изменения нагрузок, которые согласованы компетентными организациями.

На защиту выносятся:

• комплекс результатов, обозначенных в научно-практической ценности результатов работы;

• методы оценки взаимосвязей деформационных силовых и энергетических характеристик ОЭ ТС и образцов из них;

• результаты исследований по обоснованию расчетных методов оценки диаграмм малоцикловой и усталостной повреждаемости сталей с различными исходными прочностью и пластичностью;

• комплекс результатов исследований по обоснованию методов определения ресурса ОЭ ТС с учетом степеней перенапряженности и циклической повреждаемости металла;

• методические рекомендации по расчетам характеристик прочностной безопасности ОЭ ТС, полученным по результатам неразрушающе го контроля.

Методы решения поставленных задач.

Основные характеристики прочностной безопасности ОЭ ТС базируются на известных положениях механики твердого деформируемого тела, усталостного разрушения и упругопластичности, а также получены в результате натурных и лабораторных испытаний.

Достоверность результатов.

Установленные закономерности взаимосвязей характеристик статической и циклической прочностей ОЭ ТС согласуются с экспериментальными данными других авторов, а также с современными научными положениями и представлениями механики деформирования и усталостного разрушения твердых тел.

Личный вклад автора.

Участие во всех этапах теоретических и экспериментальных исследований и разработке методических рекомендаций по расчетам ресурса безопасной эксплуатации ОЭ ТС по критериям циклической трещиностойкости и усталости. Лично автором научно обоснованы основные аналитические зависимости для оценки характеристик прочностной безопасности ОЭ ТС по критериям циклической трещиностойкости и усталости.

Апробирование результатов исследования.

Теоретические и экспериментальные данные работы были доложены на: научных семинарах «Безопасность нефтегазового оборудования и трубопроводов» (г. Уфа, 2010 г., 2011 г.) — на научно-практических конференциях «Энергоэффективность. Проблемы и решения» в рамках Российских энергетических форумов (г. Уфа, 2010 г., 2011 г.) — на VII Международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт — 2011» (г. Уфа, 2011 г.).

Диссертационная работа заслушана и рекомендована к защите на секции «Безопасность нефтегазового оборудования и трубопроводов» Ученого совета ГУП «ИПТЭР» (14 ноября 2012 г.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 13 научных трудах, в том числе в 4 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Основные выводы и рекомендации.

1. Определены и описаны основные закономерности взаимосвязи деформационных, силовых и энергетических характеристик ОЭ ТС и образцов из них. Установлена зависимость удельной работы разрушения оболочкового элемента от предела прочности, относительного удлинения и пределов текучести и прочности металла.

2. Предложен и обоснован новый подход к расчетной оценке характеристик малоцикловой и усталостной повреждаемости ОЭ ТС из сталей с различными исходными прочностью и пластичностью, позволяющий оперативно определять их характеристики прочностной безопасности при минимальных затратах на проведение соответствующих лабораторных испытаний образцов на прочность и усталость. Показано, что предложенные аналитические зависимости для расчетного определения характеристик циклической усталости адекватно согласуются с экспериментальными данными других авторов и современными представлениями теорий прочности и усталости для различных конструкций.

3. Установлены закономерности взаимосвязей характеристик статической и циклической прочностей различных сталей и ОЭ ТС из них с учетом степени перенапряженности и повреждаемости, характеристик механических свойств, трещиностойкости металла и цикличности нагружения.

4. Впервые введено и научно обосновано понятие циклического относительного предела трещиностойкости ацтр и установлена его взаимосвязь с основными характеристиками вязкости статического разрушения и нормируемыми механическими свойствами.

5. Ыа основании результатов проведенного комплекса исследований разработаны методические рекомендации по расчетной оценке характеристик безопасности ОЭ ТС на основании неразрушающе го контроля и диагностики.

Показать весь текст

Список литературы

  1. A.A. Разработка элементов теории, техники и технологии безопасного хранения жидкого углеводородного топлива: Дисс.. д-ра техн. наук. Уфа, 2005. — 342 с.
  2. A.A. Особенности оценки повреждаемости и разрушений конструктивных элементов резервуаров и трубопроводов при эксплуатации. Уфа: РИО РУНМЦ Министерства образования Республики Башкортостан, 2004. — 44 с.
  3. A.A. Предельное состояние конструктивных элементов резервуаров и трубопроводов с геометрической неоднородностью. Уфа: РИО РУНМЦ Министерства образования Республики Башкортостан. — 2004. -42 с.
  4. JT.P. Обеспечение безопасной эксплуатации нефтегазохимического оборудования и трубопроводов с технологическими, конструктивными и эксплуатационными несплошностями: Дисс.. д-ра техн. наук. Уфа, 2008. — 271 с.
  5. JT.P. Оценка напряженного и предельного состояния элементов оборудования с конструктивными несплошностями // Нефтепромысловое дело. 2008. — № 2. — С. 50−51.
  6. JT.P. Исследование влияния деформационного старения на остаточный ресурс нефтепромыслового оборудования и трубопроводов // Нефтепромысловое дело. 2008. — № 3. — С. 23−28.
  7. Д. Основы механики разрушения: Пер. с англ. М.: Высш. шк, 1980.-368 с.
  8. М.И., Ларионов В. В., Махутов H.A. Закономерности роста сквозных трещин в сосудах давления, нагружаемых переменным внутренним давлением // Проблемы прочности. 1984. — № 7. — С. 8−12.
  9. Н.М. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1976. — 608 с.
  10. A.B. Технологическое обеспечение качества функционирования нефтегазопромыслового оборудования оболочковоготипа: Автореф.. д-ра техн. наук. М., 1984. — 38 с.
  11. A.B., Арсланова Ф. К., Зайнуллин P.C. Влияние угла снятия усиления сварного шва на механические свойства сварных соединений // Химическое машиностроение. Сб. научн. тр. М., 1976. — Вып. 5.-С. 33−38.
  12. Балалов В., В., Писарев B.C., Щепинов В. П., Яковлев В. В. Голографические интерференционные измерения полей перемещений и их использование для определения напряжений // Оптика и спектроскопия. -1990. Т. 68. — № 1. — С. 134−138.
  13. A.B., Зайнулин P.C., Гумеров K.M. Напряженное состояние в окрестности острых концентраторов напряжений конструкционных элементов газонефтехимического оборудования // Изв. вузов «Нефть и газ». 1988. — № 8. — С. 85−88.
  14. O.A., Зайцев Н. Л., Гумеров K.M. Напряженное состояние и сопротивление хрупкому разрушению упругонеоднородных стыковых соединений // ФХММ. 1987. — № 2. — С. 37−42.
  15. В.В. О распространении усталостных трещин в линейных вязкоупругих средах // Известия АН. Механика твердого тела. -1998,-№ 4.-С. 117−127.
  16. Г. И. Математическая теория равновесных трещин, образующихся при хрупком разрушении // Прикладная математика и техническая физика. 1961. -№ 6. — С. 1110−1119.
  17. Г. С., Кошелев П. Ф. Практическое применение механики разрушения для оценки прочности конструкций. М.: Наука, 1974. -148 с.
  18. В.И. Физическая природа разрушения металлов. -М.: Металлургия, 1984. 280 с.
  19. A.C. Устойчивость деформируемых систем. М.: Наука, 1967.-984 с.
  20. А.Н., Махутов H.A., Морозов Е. М. Об энергетическомкритерии разрушения тел с физически короткими трещинами // Физико-химическая механика материалов. 1991. — Т. 27. — № 4. — С. 81 -85.
  21. П.М., Леонов М. Я. О разрушении пластинок со щелью // Прикладная механика. 1961. — № 5.
  22. В.А. Комплексная система оценки и снижения опасности повреждений конструктивных элементов действующих нефтепродуктопроводов: Дисс.. д-ра техн. наук. Уфа, 2006. — 282 с.
  23. JI.A., Фридман Я. Б., Черепанов Г. П., Морозов Е. М., Партон В. З. Об условии в конце трещины // Докл. АН СССР. 1969. — Т. 187. — № 4. — С. 754−757.
  24. Ю.А., Мудрук В. И., Швачич М. В. Упругий потенциал наполненных резин. Теория и эксперимент // Проблемы шин и резинокордных композитов. Тр. XI симпозиума. М.: ГУП НИИ шинной промышленности, 2000.-Т. 1.-С. 162−183.
  25. М.Н. Вязкость малоуглеродистых сталей. — М.: Металлургия, 1973. 224 с.
  26. М.Н. Использование характеристик трещиностойкости для обоснования выбора материалов и расчета на прочность // Унификация методов испытания материалов на трещиностойкость. М.: Изд-во стандартов, 1982. — Вып. 2. — С. 76−81.
  27. М.Н., Морозов Е. М. Предел трещиностойкости и расчет на прочность в пластическом состоянии // Проблемы прочности. 1979. -№ 7. — С. 45−48.
  28. М.Н. Пукнатиноустойчивост на железопътните релси. София: Изд-во Ателие, 1999. 266 с.
  29. Дж.Дж. Скол, пластичность и вязкость кристаллов // Атомный механизм разрушения. М.: Металлургиздат, 1963. — С. 220−253.
  30. H.H., Копнов В. А. Критерии прочности и пластичности конструкционных материалов. М.: Машиностроение, 1968. -192 с.
  31. В.Ю., Морозов Е. М., Недошивин П. Е. Об устойчивости при растяжении пластины // Заводская лаборатория. 1969. — № 1.
  32. K.M., Колесов A.B. Методы определения коэффициентов интенсивности напряжений в окрестности V-образных концентраторов напряжений // Заводская лаборатория. 1989. — № 6. — С. 81−84.
  33. ГОСТ 25.506−85. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. -М.: Изд-во стандартов, 1985. — 61 с.
  34. М.А. О пластических зонах у вершины трещины при плоской деформации // Физико-химическая механика материалов. 1978. — № 5.-С. 75−78.
  35. А., Адкинс Дж. Большие упругие деформации и нелинейная механика сплошной среды. М.: Мир, 1955. — 445 с.
  36. Гринберг ILM., Сердюк В. А., Малинкина Т. И. Структура и усталостная прочность магниевых сплавов. М.: Металлургия, 1991. — 153 с.
  37. K.M., Бакши O.A., Зайцев H.JI. и др. Исследование напряжений и деформаций в сварных соединениях с V-образными концентраторами // Применение математических методов и ЭВМ в сварке: Сб.-Л., 1987.-С. 73−77.
  38. А.Г., Ямалеев K.M., Гумеров P.C., Азметов Х. А. Дефектность труб нефтепроводов и методы их ремонта. М.: Недра, 1998. -252 с.
  39. С.П. Теория упругости. М.: Высшая школа, 1979.432 с.
  40. Л.И., Махутов H.A. Иерархия трещин в механикециклического разрушения // Механика твердого тела. 1999. — № 5. -С. 17−26.
  41. .А., Морозов Е. М. Методы оценки вязкости разрушения // Заводская лаборатория. 1976. — № 8. — С. 995−1004.
  42. . А., Морозов Е. М. О двух механических характеристиках, оценивающих сопротивление разрушению // Заводская лаборатория. -1971.- № 1. С. 78−89.
  43. Т. Научные основы прочности и разрушения материалов / Пер. с яп. Киев: Наукова думка, 1978. — 352 с.
  44. Г. И. Физика твердого тела. М.: Высшая школа, 1977. -278 с.
  45. P.C., Гумеров А. Г., Морозов Е. М., Галюк В. Х. Гидравлические испытания действующих нефтепроводов. — М.: Недра, 1990. 224 с.
  46. P.C., Кантемиров И. Ф. Повышение пропускной способности объектов трубопроводного транспорта. Уфа: Нефтегазовое дело, 2012.-324 с.
  47. P.C. Ресурс элементов трубопроводных систем. Уфа: МНТЦ «БЭСТС», 2005. — 836 с.
  48. B.C. и др. Усталость и хрупкость металлических материалов. М.: Наука, 1968. — 120 с.
  49. И.Ф., Харисов P.A., Латыпов A.M. Плотность энергии разрушения при нормальных и отрицательных температурах //
  50. Безопасность нефтегазового оборудования и трубопроводов: Сб. иаучн. тр. / ГУП «ИПТЭР». Уфа, 2010. — С. 9−14.
  51. И.Ф. Оценка ресурса тройниковых соединений трубопроводных систем при циклических нагрузках // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. Уфа, 2010. — Вып. 2 (80). — С. 85−90.
  52. И.Ф., Харисов P.A., Латыпов A.M. Плотность энергии разрушения при нормальных и отрицательных температурах // Безопасность нефтегазового оборудования и трубопроводов: Сб. научн. тр. / ИПТЭР. Уфа, 2010. — С. 9−14.
  53. .П. Конструкционная прочность материалов. М.: МГУ, 1976, — 184 с.
  54. А .Я., Тотд Л. Физическая природа эмпирических зависимостей характеристик прочности и разрушения материалов во времени // Проблемы прочности. 1994. — № 6. — С. 3−9.
  55. Критерии безопасного разрушения элементов трубопроводнх систем с трещинами / P.C. Зайнуллин, Е. М. Морозов, A.A. Александров. -М.: Наука, 2005.-316 с.
  56. В.П. и др. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность / В. П. Когаев, H.A. Махутов, А. Г. Гусенков. М.: Машиностроение, 1985. — 224 с.
  57. С. Усталостное разрушение металлов. М.: Металлургия, 1976. — 456 с.
  58. C.B. Обеспечение ресурса безопасной эксплуатации монтажных стыков высокопрочных труб нефтепроводов: Дисс.. канд. техн. наук.-Уфа, 2011, — 145 с.
  59. И.В., Наумченков В. Н. Усталость сварных конструкций. М.: Машиностроение, 1976. — 270 с.
  60. A.M., Кантемиров И. Ф. Особенности оценки степени перенапряженности металла оболочковых элементов, работающих под давлением // Безопасность нефтегазового оборудования и трубопроводов. Сб. научн. тр. / ИПТЭР. Уфа, 2010. — С. 21−26.
  61. A.M. Основы оценки циклической долговечности труб // Энергоэффективность. Проблемы и решения. Матер. XI Всеросс. научн.-практ. конф. 19 октября 2011 г.-Уфа, 2011.-С. 143−150.
  62. В.В. Разработка методов расчета конструктивной прочности базовых элементов нефтегазовых объектов: Дисс.. канд. техн. наук.-Уфа, 2011.- 153 с.
  63. Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. -М.: Машиностроение, 1981. 272 с.
  64. Методические рекомендации. Расчеты конструктивной прочности и ресурса базовых элементов нефтегазовых объектов / И. Ф. Кантемиров, А. Т. Фаритов, В. В. Лунев, А. Р. Зайнуллина. Уфа, 2011. — 19 с.
  65. Методы расчетной оценки конструктивных элементов в условиях циклического нагружения // Безопасность нефтегазового оборудования и трубопроводов. Сб. научн. тр. / ИПТЭР. Уфа, 2010. — С. 15−20.
  66. Механика малоциклового разрушения / А. Н. Махутов, М. И. Бурак, М. М. Гаденин и др. М.: Наука, 1986. — 264 с.
  67. Методика определения опасности повреждений стенки трубмагистральных трубопроводов по данным обследования внутритрубными дефектоскопами. -М.: АК «Транснефть», 1997. 25 с.
  68. Методика по выбору параметров труб и поверочного расчета линейной части магистральных нефтепроводов: РД 39−147 103−361−86. -Уфа: ВНИИСПТнефть, 1987. 38 с.
  69. H.A. Совершенствование технологии аварийного ремонта трубопроводов: Дисс.. канд. техн. наук. Уфа, 2006. — 133 с.
  70. С.Н. Определение максимального разрушенного давления нефтегазопроводов на основании априорной информации: Дисс.. канд. техн. наук. Уфа, 2003. — 121 с.
  71. Ю.А., Сердитова Т. Н. Разрушение деформированной стали. Киев: Наукова думка, 1989. — 160 с.
  72. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводных атомных энергетических установок. М.: Энергоатомнадзор, 1989. — 525 с.
  73. И.А. Допускаемые напряжения в машиностроении ициклическая прочность металлов. М.: Машгиз, 1962. — 364 с.
  74. Правила испытания линейной части действующих магистральных нефтепроводов: РД 39−30−859−83. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1983. — 87 с.
  75. Поведение стали при циклических нагрузках / Под ред. проф.
  76. B. Даля. М.: Металлургия, 1983. — 568 с.
  77. СНиП 2.05.06−85*. Магистральные трубопроводы. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. — 52 с.
  78. P.A., Латыпов A.M. Прочность труб с концентраторами напряжений // Безопасность нефтегазового оборудования и трубопроводов: Сб. научн. тр. / ИПТЭР. Уфа, 2010. — С. 3−6.
  79. P.A., Латыпов A.M., Исаев Ш. З. Расчет циклической долговечности базовых элементов // Трубопроводный транспорт 2011. Матер. VII Междунар. учебн.-научн.-практ. конф. / УГНТУ. — Уфа, 2011.1. C. 179.
  80. А.Г., Зайнуллин P.C., Халимов A.A. Техническая диагностика и оценка ресурса нефтегазохимического оборудования. СПб.: ООО «Недра», 2012. — 568 с.
  81. Kharisov R.A., Latypov A.M., Sazonov K.A. Strain energy density on safety features of oil and gas industry equipment // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. Уфа, 20II. — Вып. 4 (86). — С. 126−129.
  82. P.A., Исаев Ш. З., Латыпов A.M. Расчетная оценка кривых малоцикловой трещиностойкости металла труб // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2012. — № 2. — С. 349−353. — URL: http://www.ogbus.ru/authors/Kharisov/KJiarisov7.pdf.
  83. Г. П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука, 1974. 640 с.
  84. A.A. Научные основы обеспечения безопасности эксплуатации оборудования из жаропрочных сталей: Дисс.. д-ра техн. наук.-Уфа, 2009.-368 с.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!