Закономірності деформації і руйнування морських трубопроводів при статичному та низькочастотному навантаженні

Abstract

Створено та науково обгрунтовано ефективність розширеної інженерної методики дослідження деформації і руйнування матеріалу морських трубопроводів при статичному та низькочастотному навантаженні з урахуванням впливів структури, масштабного фактору, концентрації напружень, частоти навантаження, асиметрії циклу напружень, агресивності середовища, а також комбінації цих впливів. Розроблено автоматизовану випробовувальну систему з ЕОМ та оригінальне програмне забезпечення для комплексних досліджень в кінетиці деформації, руйнування, електродного потенціалу матеріалу трубопроводу в робочих (технологічних) середовищах, а також сканованих поверхонь зламів, забезпечуючи імітацію умов навантаження елемента трубопроводу. Введено комплексне поняття про малоциклову та багатоциклову низькочастотну втому і корозійну втому морських трубопроводів, спираючись на ґрунтовний аналіз умов їх експлуатації та деформаційно-кінетичне трактування процесу. Побудовано повні криві низькочастотної втоми для сталі трубопроводу з різною структурою та зварного з’єднання. Вперше, в області низькочастотної (0,8 Гц) малоциклової втоми та корозійної втоми, виявлено аномальну деформаційну поведінку текстурованої сталі 20 та зварного з’єднання, яка проявляється у виникненні деформаційних піків. З метою подальшого розвитку теорії низькочастотної корозійної втоми, вперше кінетичні криві деформації та електродного потенціалу представлено в об’єднаному вигляді, а їх аналіз виконується комплексно з графічною інтерпретацією макробудови поверхні руйнування. Запропоновано способи прискореної оцінки корозійної витривалості основного металу та зварного з’єднання труб за прогнозованими ділянками кривих низькочастотної корозійної втоми, побудованими з використанням однієї або двох експериментальних точок. Вперше введено поняття про кінетичний цикл росту втомної (корозійно-втомної) тріщини. Показано, що тривалість кінетичного циклу є важливою характеристикою низькочастотної втоми, чутливою до величини σа та впливу середовища, Запропоновано методику визначення деформаційних областей низькочастотної втоми морських трубопроводів, а саме спонтанної, прогнозованої та безпечної деформації, і показано її ефективність у випадку, коли характеристики граничних станів є малочутливими до зміни структури трубної сталі.

Создана автоматизированная испытательная система с ЭВМ для комплексных исследований в кинетике деформации, разрушения, ЭП материала трубопровода при статическом и низкочастотном нагружении в рабочих (технологических) средах, используя разработанные конструкции образцов-моделей, изготовленных из стенки трубы. Предложены и определены в статике нестандартные характеристики упругости, пластичности, деформационного упрочнения, ползучести для объяснения поведения стали в конструкции трубопровода и уточнения расчетов. Построены полные кривые низкочастотной усталости для стали трубопровода с разной структурой и сварного соединения по результатам испытаний образцов-моделей с конструктивными концентраторами и без. Показана возможность оценки влияния среды на величину разрушающих циклических напряжений по площади долома образца-модели. В условиях низкочастотного нагружения подтверждена локализация коррозионных процессов в зоне сварного соединения около границы раздела фаз „основной металл - сварной шов”.

It is created automated test system with computer for complex studies of the deformation. fracture, electrode potential of pipeline steel under static and low frequency loading in technological environments. Full curves of low frequency fatigue and corrosion fatigue of texturated and not texturated steel and welded join of pipes was presented. The complex concepts of low cycle and high cycle low frequency fatigue and corrosion fatigue of sea pipelines was offered. For the first time, in the field of low frequency (0,8 Hz) fatigue and corrosion fatigue, is revealed anomalous deformation behaviour texturated steel 20 and welded join, which reveals itself in deformation peaks. For the first time kinetic curves of deformation and electrode potential are presented in united type for the reason deepened their analysis, which is executed in complex with graphic interpretation of fracture surfaces macrostructure.