Предельные состояния и коэффициенты запаса при повторных нагружениях

Предельные состояния и коэффициенты запаса при повторных нагружениях

Автор: Чернявский О.Ф., Чернявский А.О.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 3, 2020 года.

Бесплатный доступ

Использование расчетов за пределами упругости для обоснования возможности эксплуатации конструкций требует нормирования коэффициентов запаса прочности и методов расчета, используемых при их получении. В статье в рамках дискуссии о пересмотре норм прочности авиационной и атомной отраслей для конструкций, работающих при малоцикловых механических и обратимых дилатационных (температурных, водородных) внешних воздействиях, рассматриваются: предельные состояния; необходимые для их расчета деформационные свойства материалов; коэффициенты запаса по нагрузкам и долговечности; методы расчета. Предельные состояния конструкций при малоцикловых воздействиях подразделяются в данной работе на две группы: типовые, соответствующие качественному изменению типа деформирования, и индивидуальные, определяемые допустимыми величинами перемещений и трещинами для конкретной конструкции. Рассматриваются следующие типы деформирования: неупругое деформирование только на стадии приработки (сменяющееся упругим после выработки благоприятных остаточных напряжений и циклического упрочнения материала), не прекращающееся с числом циклов знакопеременное течение, прогрессирующее накопление деформаций и перемещений, комбинированное деформирование (в стабильном цикле отличны от нуля и размахи, и приращения деформаций). Типы деформирования различаются возможными последствиями для конструкции и требуемыми для расчета исходными данными: характеристики материалов при разных типах деформирования должны определяться из принципиально разных испытаний. Анализ индивидуальных предельных состояний без учета различий типов деформирования и, таким образом, типовых предельных состояний может быть некорректен. Основное внимание в статье уделено типовым предельным состояниям. Предельные состояния различаются в зависимости от стадии эксплуатации, на которой допускается неупругое циклическое деформирование. Отмечается, что расширение области допустимых нагрузок за счет допущения неупругой деформации только на стадии приработки обычно более существенно, чем добавочное расширение за счет допущения непрекращающегося неупругого деформирования, при этом неупругое деформирование только на стадии приработки не требует анализа малоцикловой усталости и накопленных деформаций. Дальнейшее расширение допустимой области, как и решение задач обеспечения безопасности на основе оценок риска, требует более полного изучения деформационных свойств материалов на стадии предразрушения, где преобладает циклическое разупрочнение.

Еще

Прочность, долговечность, коэффициент запаса, знакопеременное течение, прогрессирующее накопление деформаций, комбинированное деформирование

Короткий адрес: https://sciup.org/146281999

IDR: 146281999   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2020.3.12

Список литературы Предельные состояния и коэффициенты запаса при повторных нагружениях

  • ASME Boiler and Pressure Vessel Code. Section VIII – Rules for Construction of Pressure Vessels. Division 1 (BPVCVIII1 – 2019). – American Society of Mechanical Engineers, 2019. – 796 p.
  • ASME Boiler and Pressure Vessel Code. Section VIII – Rules for Construction of Pressure Vessels. Division 2-Alternative Rules (BPVC-VIII-2 – 2019). – American Society of Mechanical Engineers, 2019. – 872 p.
  • Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок ПНАЭ Г-7-00286 – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 525 с.
  • Локальные критерии прочности, ресурса и живучести авиационных конструкций / Махутов Н.А. [и др.] – Новосибирск: Наука, 2017. – 600 с.
  • Требования к порядку и процедурам оценки расчетных значений характеристик конструкционной прочности металлических материалов основных и особо ответственных деталей при сертификации авиационных газотурбинных двигателей / Ю.А. Ножницкий, Е.Б. Качанов, Е.Р. Голубовский, В.К. Куевда // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. – 2015. – Т. 14, № 3. – Ч. 1. – С. 37–48.
  • Напряженно-деформированные состояния ЖРД / Н.А. Махутов [и др.] – М.: Наука, 2013. – 646 с.
  • Владимиров С.А., Кондратенко М.А. Сравнительный анализ методологий обработки прочности изделий ракетнокосмической и атомной отраслей промышленности // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. – 2015. – Т. 4, № 4(26). – С. 64–74.
  • Махутов Н.А. Обобщенные закономерности повреждаемости и сплошности при оценках долговечности в условиях переменности режимов нагружения // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2019. – Т. 85, № 9. – С. 61–65.
  • Гринь Е.А., Чернышев В.В., Бочкарев В.И. Актуальные вопросы надежности и безопасности оборудования ТЭС // Теплоэнергетика. – 2018. – № 8. – С. 29–38.
  • Методы прогнозирования остаточного ресурса опасных производственных объектов / В.М. Кушнаренко [и др.] // Интеллект. Инновации. Инвестиции. – 2016. – № 7. – С. 117–123.
  • Малоцикловое деформирование и разрушение конструкций. Приложение к журналу «СПРАВОЧНИК. Инженерный журнал», 11(176) / А.В. Абрамов [и др.] – М.: Спектр, 2011. – 32 с.
  • Cherniavsky O.F., Rebiakov Yu.N., Cherniavsky A.O. Properties of steels and chromium-nickel alloys under low-cycle combined deformation // International Journal of Fatigue. – Vol. 103. – October 2017. – P. 415–418.
  • Takahashi Y. Trial for united representation of monotonic stress-strain relations of various alloys (Conference Paper) // American Society of Mechanical Engineers, Pressure Vessels and Piping Division (Publication) PVP. – 2018. – Vol. 3B. – #141606. DOI: 10.1115/PVP2018-85041
  • Основные положения механики поврежденной среды и их реализация для обоснования прочности и долговечности ядерных энергетических установок / Ф.М. Митенков, Д.Л. Зверев, В.Б. Кайдалов, А.В. Козин, Ю.Г. Коротких, В.А. Панов, В.А. Пахомов // Физическая мезомеханика. – 2012. – Т. 15, № 1. – С. 87–93.
  • Оценка ресурсных характеристик конструкционных сталей с использованием моделей деградации, учитывающих усталость и ползучесть материала / И.А. Волков, В.В. Егунов, Л.А. Игумнов, Д.А. Казаков, Ю.Г. Коротких, Ф.М. Митенков // Прикладная механика и техническая физика. – 2015. – Т. 56, № 6 (334). – С. 70–83.
  • Ranganath S., Palm N.A. Alternative approaches for ASME Code simplified elastic-plastic analysis // American Society of Mechanical Engineers, Pressure Vessels and Piping Division PVP. – 2017. – Vol. 1A-2017. – #131595. DOI: 10.1115/PVP2017-66240
  • Hubel H., Vollrath B. Simplified determination of accumulated strains to satisfy design code requirements // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2019. – Vol. 171. – P. 92–103.
  • Performance study of the simplified theory of plastic zones and the Twice-Yield method for the fatigue check / H. Hübel [et al.] // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2014. – Vol. 116 (1). – P. 10–19. DOI: 10.1016/j.ijpvp.2014.01.003
  • An experimental validation of the guideline for inelastic design analysis through structural model tests / D. Watanabe [et al.] // Nuclear Engineering and Design. – 2008. – Vol. 238, iss. 2. – P. 389–398.
  • Волков И.А., Коротких Ю.Г. Моделирование процессов усталостной долговечности материалов и конструкций при малоцикловом нагружении // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. – 2014. – № 3. – C. 66–78.
  • Конторович Т.С., Радин Ю.А. Расчет малоцикловой усталости по национальному стандарту и нормам прочности // Теплоэнергетика. – 2017. – № 8. – С. 73–80
  • Jaćimović N. Uncertanties in expansion stress evaluation criteria in piping codes // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2019. – Vol. 169. – Р. 230–241.
  • Structural analysis approach for risk assessment under BDBE / N. Kasahara [et al.] // American Society of Mechanical Engineers, Pressure Vessels and Piping Division (Publication) PVP. – 2016. – Vol. 3. – Article number V003T03A086 DOI: 10.1115/PVP2016-63416
  • Ogawa H., Machida H., Kasahara N. Analytical study on failure mode map for lower formed head of reactor pressure vessel under BDBE (Conference Paper) // American Society of Mechanical Engineers, Pressure Vessels and Piping Division (Publication) PVP. – 2016. – Vol. 3. – Article number V003T03A087 DOI: 10.1115/PVP2016-63487
  • Identification of Failure Modes Under Design Extension Conditions / N. Kasahara [et al.] – ASME, PVP PVP2015-45381
  • Гохфельд Д.А., Чернявский О.Ф. Несущая способность конструкций при повторных нагружениях. – М.: Машиностроение, серия «Библиотека расчетчика», 1979. – 263 с.
  • Математическая теория оптимальных процессов / Л.С. Понтрягин [и др.] – М.: Изд-во физ.-мат. лит-ры, 1961. – 301 с.
  • Direct Methods for Limit and Shakedown Analysis of Structures / Editors: Fuschi P., Pisano A.A., Weichert D. – Springer International Publishing, 2015. – 325 p. DOI 10.1007/978-3-319-12928-0
  • Гецов Л.Б., Чернявский О.Ф., Гохфельд Д.А. Приспособляемость дисков судовых ГТД // Научно-технические ведомости СПбТГУ. – СПб., 2003. – № 3(33). – С. 177–182.
  • Bree J. Elastic-plastic behavior of thin tubes subjected to internal pressure and intermittent high-heat fluxes with application to fast nuclear reactor fuel elements. // J. Strain Anal. – 1967. – № 2 (3). – Р. 226–238.
  • Махутов Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность. Ч. 1. – Новосибирск: Наука, 2005. – 492 с.
  • Гохфельд Д.А.,Саадаков О.С. Пластичность и ползучесть элементов конструкций при повторных нагружениях. – М.: Машиностроение, серия «Библиотека расчетчика», 1984. – 256 с.
  • Chaboche J.L. Constitutive Equations for Cyclic Plasticity and Cyclic Viscoplasticity // International Journal of Plasticity. – 1989. – Vol. 5, no. 3. – P. 247–302.
  • Gokhfeld D.A., Cherniavsky O.F. Limit analysis of structures at thermal cycling.Suthoff & Noordhoff, Alphen aan den Rijn – The Netherlands, Rockville, USA, Maryland. – 1980. – 537 p.
  • Безопасность России. Научные основы техногенной безопасности. Научный руководитель издания Н.А. Махутов. – М.: Знание, 2015. – 936 c.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp