Нелинейная механика разрушения нефтепроводов со сквозными продольными трещинами

UDK: 622.692.4.004.6:658
DOI: 0.24887/0028-2448-2021-10-122-126
Ключевые слова: магистральный трубопровод, прочность, запас прочности, линейная механика разрушения, нелинейная механика разрушения, трещина, коэффициент интенсивности напряжений, коэффициент деформации, вязкое разрушение, хрупкое разрушение
Авт.: Н.А. Махутов (ООО «НИИ Транснефть»), д.т.н., Д.А. Неганов (ООО «НИИ Транснефть»), д.т.н., Е.П. Студёнов (ООО «НИИ Транснефть»), В.М. Варшицкий (ООО «НИИ Транснефть»), к.т.н., А.С. Тюсенков (Уфимский гос. нефтяной технический университет), к.т.н., А.С. Ямщикова (Уфимский гос. нефтяной технический университет), к.т.н.

В отечественных и зарубежных нормах расчеты на прочность трубопроводов проводятся по силовым критериям в напряжениях в форме допускаемых предельных состояний и допускаемых напряжений. При этом исходят из предположения, что уровень дефектности трубопроводов на стадиях их установления, строительства и эксплуатации остается в пределах норм дефектоскопического контроля. Однако анализ длительной эксплуатации трубопроводов (до 40-50 лет) показывает, что выполнение расчетов по имеющимся нормативам не исключает возникновения и развития дефектов и трещин, размеры которых не только превышают нормативные, но и приводят к потере герметичности и разрушению.

В статье рассмотрены проблемы анализа наиболее опасных состояний магистральных трубопроводов для транспорта нефти и нефтепродуктов при возникновении продольных сварных трещин, приводящих к разгерметизации и дальнейшему развитию разрушения. В основу анализа положены нормативные методы основных расчетов прочности по допускаемым напряжениям в сочетании с методами линейной и нелинейной механики разрушения. Для современных трубопроводов, изготавливаемых из трубных сталей повышенной пластичности, предельное состояние в зонах и вне зон трещин достигается при возникновении развитых областей пластичности, существенно изменяющих номинальное и локальное напряженно-деформированное состояние. С учетом этого обоснованы необходимость и возможность использования вместе силовых критериев линейной механики разрушения предложенных критических коэффициентов интенсивности напряжений и интенсивности деформаций в системе относительных параметров. Это позволяет вести расчеты для случаев больших номинальных и местных деформаций, превосходящих предельные упругие в десятки и сотни раз. Расчетами показано значительное увеличение размеров предельных трещин при переходе от хрупких разрушений к вязким.

Список литературы

1. Мазур И.И., Иванцов О.Н. Безопасность трубопроводных систем. – М.: Недра, 2004. – 1099 с.

2.  Перспективы исследований в области анализа риска для совершенствования государственного регулирования и повышения безопасности объектов нефтегазохимического комплекса / Н.А. Махутов, С.Г. Радионова, С.А. Жулина [и др.] // Безопасность труда в промышленности. – 2017. – № 9. –  С. 5–13.

3. Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. – М.: Машиностроение, 1981. – 272 с.

4. Нейбер Г., Хан Г. Проблемы концентрации напряжений в научных исследованиях и технике // Механика. – 1967. –  № 3. – С. 96–112.

5. Комплексные механические испытания для расчетов прочности магистрального трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов / Д.А. Неганов, Н.А. Махутов, Ю.В. Лисин [и др.] // Заводская лаборатория. – 2018. – № 4. – С. 47–59.

6. Махутов Н.А.  Прочность и безопасность. Фундаментальные и прикладные исследования. – Новосибирск: Наука, 2008. – 528 с.

7. Неганов Д.А., Лисин Ю.В., Махутов Н.А. Комплексный анализ запасов прочности трубопроводов и базовых механических свойств трубных сталей // Д.А. Неганов, Ю.В. Лисин, Н.А. Махутов, В.М. Варшицкий / Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2017. – № 7. – С. 9–17.

8. Kiefner J.F. Failure stress levels of flaws in pressurized cylinders // American society of testing and materials report. – 1973. – No. ASTM STP 536. – P. 461–481.

9. Плювинаж Г. Механика упругопластического разрушения / под ред. Е.М. Морозова. – М.: Мир, 1993. – 448 с.

10. Matvienko Yu.G. Safety factors in structural integrity assessment of components with defects//International Journal of Structural Integrity. – 2013. – № 4. – С. 457–476.

11. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Безопасность средств хранения и транспорта нефти и нефтепродуктов. – М.: МГОФ «Знание», 2019. – 928 с.

12. Махутов Н.А., Пермяков В.Н. Ресурс безопасной эксплуатации сосудов и трубопроводов. – Новосибирск: Наука, 2005. – 516 с.

13. Махутов Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность. – Новосибирск: Наука, 2005. – Т. 1 – 494 с., Т. 2 – 610 с.


Внимание!
Купить полный текст статьи (формат - PDF) могут только авторизованные посетители сайта.