6.1. методика РАСЧЕТА ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЕТОМ КОРРОЗИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ СРЕДЫ

В предлагаемой методике в качестве основного механизма, контролирующего разрушение, принимается накопление повреждений при медленном квазистатическом деформировании материала, которое обусловлено процессом низкотемпературной ползучести при напряжениях выше предела текучести. С помощью данной методики осуществляется расчёт временного ресурса конструкции при статическом нагружении в условиях действия коррозионной среды.

Расчет долговечности выполняется в последовательности, представленной на рис. 6.1.

На первом этапе определяется НДС коллектора, обусловленное технологией завальцовки труб в коллектор. В общем случае такой расчет сводится к решению трехмерной динамической (при взрывной развальцовке) или квазистатической (при гидровальцовке) упругопластической задачи, где последовательно прослеживается развальцовка всех трубок в коллекторе. Очевидно, что решение такой задачи практически невозможно.

Рис. 6.1. Схема методики расчета долговечности коллектора

В то же время при разумной схематизации расчета технологических напряжений в коллекторе необходимый расчет может быть выполнен в двумерной — плоской и осесимметричной — постановке (рис. 6.2). В данном случае предложена схема расчета НДС коллектора, обусловленного развальцовкой трубок. Как и в предыдущей главе, технологические напряжения подразделяются на два типа: собственные остаточные напряжения (ОН) и общие ОН.

Собственные ОН обусловлены развальцовкой одиночной трубки в коллекторе. В данном случае расчетный анализ НДС проводится в осесимметричной постановке посредством решения динамической (при взрывной развальцовке) или квазистатической (при гидровальцовке) упругопластической задачи. Анализ НДС одиночной трубки позволяет отразить неоднородность полей напряжений и деформаций по толщине коллектора.

Общие ОН обусловлены общей деформацией всей зоны перфорации, осредненной по толщине коллектора. Расчетный анализ общих ОН проводится посредством решения упругопластической задачи в плоской постановке, при этом рассматривается развертка коллектора. При расчете учитываются геометрия перфорированной зоны (зона, где теплообменные трубки входят

в коллектор), особенности распределения пластической деформации по коллектору, а также различная жесткость перфорированной и неперфорированной зон. В качестве исходных данных для задачи по определению общих напряжений используются начальные деформации, определенные экспериментальным или расчетным методом (см. ниже). Общие напряжения по сути являются суммарными реактивными напряжениями (см. гл. 5), действующими на фрагмент коллектора с одиночной трубкой [расчетный узел ячейки коллектора (рис. 6.3)] со стороны всех остальных идентичных фрагментов, расположенных в перфорированной зоне.

Рис. 6.2. Схема расчета остаточных напряжений в коллекторе: заштрихованная зона — перфорированная зона — область задания начальных деформаций

Низкотемпературная термообработка (НТО) может в значительной степени изменить как локальные, так и общие технологические напряжения, обусловленные развальцовкой труб в коллекторе. Расчет ОН после низкотемпературной обработки проводится в осесимметричной (при анализе собственных напряжений) и плоской (при анализе общих напряжений) постановке посредством решения упруговязкопластической задачи. Исходными данными для расчета являются данные по скорости ползучести полученные при температуре, отвечающей режиму низкотемпературной обработки.

На втором этапе проводятся анализ НДС коллектора при взаимодйствии остаточных технологических и эксплуатационных

напряжений и расчет, зависимостей пластической деформации (параметра Одквиста и интенсивности скорости пластической деформации от времени

Рис. 6.3. (см. скан) Эскиз расчетного узла ячейки коллектора

Расчет и выполняется посредством решения упруговязкопластической задачи осесимметричной постановке. При расчете используются экспериментальные данные по низкотемпературной ползучести

соответственно скорость деформации, напряжение и деформация в направлении одноосного нагружения), представленные в виде При анализе НДС в данном случае учитываются термические напряжения, обусловленные разностью коэффициентов линейного расширения аустенитной трубки и перлитного корпуса коллектора.

На третьем этапе проводится расчет долговечности и повреждаемости наиболее нагруженных зон коллектора в соответствии с критерием квазистатического повреждения [46, 47] с учетом воздействия коррозионной среды:

где критическая деформация, зависящая от скорости деформирования конкретного состава водной среды II контура и температуры. Экспериментальные данные по получают при испытании одноосных образцов на медленное растяжение с постоянной скоростью деформирования в коррозионной среде - при температурах эксплуатации.

Условие разрушения принимается в виде

Используя зависимость а также учитывая, что при конкретных составе водной среды и температуре, условие разрушения с учетом (6.1) и (6.2) можно представить в виде

где - долговечность по условию образования трещины.

Уравнение (6.3) решается численно путем прослеживания всей истории деформирования. За ресурс коллектора принимается минимальное время из всех расчетных точек анализируемой, наиболее нагруженной, зоны коллектора. Исходными данными для расчета являются расчетная зависимость и экспериментальная кривая представленная в виде