книги / Техническая диагностика остаточного ресурса и безопасности

п.3.4.4.1 при использовании в несущих элементах циклически

разупрочняющихся металлов в диапазоне числа циклов 10°< А^э< Ю10 применя­ ются уравнения:

При этом для циклически разупрочняющихся сталей берутся минимальные значения [аа] и [N], получаемые по п. 3.4.6.1.

ЗА. 6.2. Построение расчетных кривых для оценки исходного и остаточного ресурса

Основанием для построения расчетных кривых в координатах [a*]-(iV] при

оценке исходного и остаточного ресурса в соответствии с настоящей методикой являются выражения п. 3.4.6.1.

122 Глава 3. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА

При отсутствии выраженных эффектов ползучести (для малоуглеродистых и низколегированных сталей при расчетных температурах до 350 °С и для аустенитных нержавеющих сталей до 450 °С) исходный расчетный допус­ каемый ресурс (долговечность) [W] определяется по уравнениям (3.38) - (3.46).

Расчетными базовыми характеристиками механических свойств Е1, сгв,

QQ2, v/к при этом являются гарантированные по стандартам или ТУ

характеристики. При их отсутствии можно использовать данные входного контроля конструкционных материалов с учетом их рассеяния по п. 3.4.4.5.

По указанным выше базовым характеристикам механических свойств в соответствии с настоящей методикой определяются все остальные расчетные

При расчетном определении характеристик остаточного ресурса при расчетных температурах для момента оценки технического состояния базовые

расчетные характеристики механических свойств Е, ств , ст0 2, У* , как правило,

определяются при комнатной температуре (/= 2 0 °С или Г = 293 К) раз­ рушающими или неразрушающими методами. При этом наиболее часто используются данные разрушающих испытаний образцов, вырезанных из анализируемого элемента конструкции, или косвенных испытаний на твердость (по Виккерсу Hv, Бринелю # в или на микротвердость ( Н ы). В этом случае

используют линейные зависимости между характеристиками прочности и твердости (микротвердости):

<Ч2 =*о,2 {Я„ЯВ)Ям}; ®в=*в{яу,Я в>Ям}, (3.47)

где к02 и кв - переходные коэффициенты для данного типа и марки стали. При этом должно быть учтено рассеяние механических свойств по п. 3.4.4.5.

Для перехода от механических свойств Е, а в , а 02, Ук ПРИ комнатной

температуре к механическим свойствам при расчетной температуре / (°С) и Т (К) используются зависимости:

температура (по Иоффе) хрупкости для гладкого образца при растяжении, определяемая экспериментально; пу - характеристика стали, определяемая

экспериментально.

126 Глава 3. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА

п. 3.4.4.4, При этом в случаях когда в истории эксплуатационного нагружения имеет место длительное воздействие коррозионных сред без циклических воздействий, в расчетах ресурса этот вид коррозионных повреждений должен быть отражен дополнительно.

Для оценок исходного и остаточного ресурса временная история т3 изготовления, монтажа, хранения, испытаний и эксплуатации разбивается на характерные этапы с учетом указанных в п. 3.4.6.2 факторов и эффектов:

- изготовление, монтаж, хранение, испытания и эксплуатация при комнатной или близкой к комнатной температуре t = 20 °С (расчетный случай с временем тт);

- испытания и эксплуатация при заданных температурах t в условиях, близ­ ких к изотермическим и квазистатическим (расчетный случай с временем т,);

- испытания и эксплуатация при заданных температурах t в условиях, близких к изотермическим, но с циклическими воздействиями (расчетный случай с временем т^);

- испытания и эксплуатация при переменных температурах и циклических нагрузках (расчетный случай с временем xlN);

Для каждой из составляющих тэ (в часах или годах) степень временных тг, температурно-временных т,, циклических Тдг и термоциклических %

повреждений может существенно различаться, и при линейном суммировании времени получается в общем случае нелинейное суммирование повреждений, нелинейно зависящих от времени. С учетом этих обстоятельств в настоящей методике представлены два варианта оценки исходного и остаточного ресурса - приближенный и уточненный.

Для учета повреждений от временных изотермических и неизотермических эффектов в нагруженных и ненагруженных состояниях можно использовать степенные уравнения:

где т - время (в часах); ств , <тт , ц к - предел прочности, предел текучести и относительное сужение в шейке при кратковременных стандартных механических испытаниях на растяжение со временем т0 (можно принять т0 =0,05 ч); ит - запасы по времени, принимаемые равными запасам по числу

экспериментально и зависящие от температуры / ( Т = / + 273) и напряжений о. При отсутствии экспериментальных данных можно принять

где оэ - номинальное напряжение в опасном сечении от технологических, монтажных и эксплуатационных усилий. Величина рв принимается равной: 6,410“3 - для малоуглеродистых сталей; 6,1-10 3 - для низколегированных теплостойких сталей; 5,1 • КГ3 - для аустенитных нержавеющих сталей.

Параметры тк и тТ связаны с /ив линейным соотношением

аустенитных нержавеющих сталей.

Коэффициент k j принимается не зависящим от типа стали и напряжений и

изменяется в пределах 0.. .0,1; в расчетах можно принять кТ= 0,1.

В соответствии с п. 3.4.6.3 при расчете исходного и остаточного ресурса часть общего срока службы, включающая времена тг , т ,, разбивается на отрезки с температурными условиями, близкими к изотермическим (ii, тз, тз, •••,

т,-) с возрастающими температурами (/i > h> h> ... > ti). Для конца участка {ij,

/1} по выражениям п. 3.4.6.3 определяются величины ст'Вт> Сттх и VATT- полученные характеристики по п. 3.4.6.2 пересчитываются для температуры h и расчетом по п. 3.4.6.3 устанавливаются характеристики механических свойств для конца участка {т->, Ь}. Дэлее аналогично рассматриваются все последующие

участки до конца {т/,

Если на соответствующих участках (i|, тз, Тз, ..., т,) имели место

Для атмосферной воздушной среды величины Ск можно принять равными 0,1 от величины Ск - для водной и паровой среды. Для других агрессивных сред величины Ск принимаются по экспериментальным данным или по справоч­ никам.

Для времени xN преимущественно циклических повреждений по п. 3.4.6.3 весь интервал xN разбивается на участки, при которых циклические процессы можно рассматривать как изотермические. Для этих участков определяются

базовые характеристики механических свойств а Вт, Стут и .

Для стационарных или близких к стационарным процессам циклического нагружения таких участков обычно оказывается не более двух-трех. Расчетная последовательность этих участков выбирается по возрастанию температур в пределах участков или по возрастанию числа циклов в пределах этих же участков. Наиболее простым следует считать второй из указанных вариантов (особенно в случаях относительно небольшого изменения температур для всех рассматриваемых участков).

Для времени xlN преимущественно термоциклических повреждений весь интервал xtN разбивается на участки, в пределах которых циклические процессы

оказываются близкими к стационарным, а температуры переменными. Для этих участков расчет базовых характеристик механических свойств ведется преимущественно для максимальных температур в пределах выделенного участка. Если в пределах этого участка температуры оказываются в диапазоне температур интенсивного старения (250...300 °С для малоуглеродистых сталей),

то эти температуры берутся за основу в расчете базовых характеристик механических свойств - основное значение при этом имеет снижение

пластичности \р‘Кх.

устанавливаются другие расчетные характеристики механических свойств.

3.4.7. Порядок определения расчетных характеристик для оценки исходного и остаточного ресурса

3.4.7.1. Построение и схематизация истории нагружения

На основе анализа всех стадий изготовления, хранения, монтажа, испытаний и эксплуатации строится временная история (графики или таблицы) нагружения с отражением базовых параметров нагрузок, температур, циклов. По этим данным в соответствии с п. 3.4.6.3 устанавливаются времена тт, т ,, т,у и

%•

Для приближенного расчета исходного ресурса времена не учитываются - основное значение имеют температуры t и циклы нагружения элементов СТС.

Для приближенного и уточненного расчета остаточного ресурса история

нагружения тэ разделяется на три этапа:

-от начала изготовления до момента определения технического состояния

иоценки остаточного ресурса с общим временем х5;

-от момента т4. до очередной (расчетной или назначенной) стадии оценки состояния xsl;

-от момента xs до исчерпания остаточного расчетного ресурса тг (при этомдолжно выполняться соотношение xs{ < хГ).

Всоответствии с этими временами устанавливаются:

-общий назначенный или расчетный срок эксплуатации

- общий расчетный срок эксплуатации с исчерпанием остаточного ресурса

Времена xs , xsl и т,. в соответствии с п. 3.4.6.3 разбиваются на составляющие тх, т ,, Тд, и x,N . Для каждой из этих составляющих

устанавливаются базовые характеристики механических свойств о'Вт, a'Tt и

по ним в соответствии с пп. 3.4.6.2 и 3.4.6.3 определяются другие

расчетные характеристики механических свойств, используемые при оценке исходного и остаточного ресурса.

3.4.8.Расчет исходного и остаточного ресурса

3.4.8.1.Расчет исходного ресурса

Расчет исходного ресурса в соответствии с настоящей методикой не изменяет и не отменяет расчет исходного ресурса, если он осуществлялся на всех предшествующих стадиях жизненного цикла несущих элементов СТС. Настоящий расчет является самостоятельной составной частью научнометодического обеспечения работоспособности, безопасности и остаточного ресурса.

Для приближенного расчета исходного ресурса в качестве расчетных используются:

- стандартные или гарантированные согласованными техническими условиями базовые характеристики механических свойств при комнатной температуре ств, (То,2, Ук >^

- температурные зависимости указанных выше характеристик ст'в , ст{) 2,

у '* ,* ';

При отсутствии температурных зависимостей характеристик ств , а[) 2, у'*-

и Е1 при расчетах исходного ресурса используются выражения п. 3.4.6.2.

По полученным характеристикам механических свойств определяются

параметры тр , тв , \|/у-.

Для принятых в техническом задании истории и /-режима эксплуатационного нагружения по п. 3.4.3.1 устанавливаются величины

заданного эксплуатационного режима / (/ = 1,2,3,...).

С использованием расчетных параметров по п. 3.4.8.1, уравнений (3.38)- (3.46) и запасов па и nN по п. 3.4.5.1 строятся кривые допускаемых амплитуд и

чисел циклов [о* ] - [# ] .

Если в процессе эксплуатации имеют место коррозионные повреждения, то допускаемые числа циклов [А] понижаются на величину (1 - $кс) по п. 3.4.4.3.

По серии расчетных кривых [су*]-[А ] и величинам амплитуд местных условных упругих эксплуатационных напряжений ajj для данных температур //, коэффициентов асимметрии г*и гу в /-м эксплуатационном режиме устанавливается допускаемое число циклов [/V],.