ГОСТ РИСО 13679—2016
В.5.3 Область испытательных нагрузок для соединения
В.5.3.1 Общие положения
Соединения могут рассматриваться как сочетание концентричных полых цилиндров, усеченных конусов и
(или) сферических сегментов, упирающихся друг в друга упорными элементами или соединенных друг с другом
при помощи резьбы, стопорных колец или другим способом. Можно показать, что концентрично расположенные
полые цилиндры, находящиеся в контакте друг с другом, т. е. оказывающие давление друг на друга (посадка с на
тягом). ведут себя под действием внутреннего или внешнего давления как сплошной цилиндр.
Анализ стандартных и нестандартных соединений показал, что из-за ограничений по геометрии (внутренне
му и наружному диаметрам) большинство соединений спроектировано таким образом, что первоначальное кон
тактное давление и вызванное им тангенциальное напряжение в элементе, первым воспринимающим нагрузку, не
играет особой роли по сравнению с эксплуатационными нагрузками. Другими словами, работоспособность соеди
нения зависит в первую очередь от внешних нагрузок, а не от нагрузок и напряжений, вызванных свинчиванием.
Установлено, что торец ниппельного элемента с резьбовым соединением EUE наружным диаметром 88.90
и толщиной стенки 8.00 мм при свинчивании подвергается пластической деформации от тангенциального сжатия,
что приводит к большому давлению (нормальным напряжениям) между ниппельным элементом и муфтой, однако
прочность муфты в плоскости торца ниппельного элемента не снижается. По ИСОЯО 10400 (уравнение 3.1.2)! или
API Bui 5СЗ стойкость муфт к внутреннему давлению муфт оценивается только по размерам муфты и
свойствам материала в этой плоскости.
П р и м е ч ан и е — Поскольку область испытательных нагрузок задается по существу как область макси
мальных упругих нагрузок, относительные смещения элементов соединения будут незначительны, т. в. геометри
ческие параметры соединения в пределах этой области будут практически неизменными.
Таким образом, для установления области испытательных нагрузок для соединения можно использовать
принципы наложения нагрузок. Зная различные критические поперечные сечения соединения, подвергаемого воз
действию осевого усилия растяжения или сжатия, диаметр и толщину элемента, воспринимающего нагрузки от
внутреннего или внешнего давления, можно рассчитать область испытательных нагрузок для многокомпонентной
конструкции, такой как соединения для труб нефтяного сортамента.
При наложении нагрузок необходимо учитывать, что критическое поперечное сечение, воспринимающее
осевую нагрузку, необязательно имеет тот же диаметр и толщину стенки, что и сечение, воспринимающее нагрузку от
давления. Необходимо, однако, знать диаметр, на котором действует давление, например внутренний диаметр при
действии внутреннего давления или наружный диаметр при действии внешнего давления. Естественно, что
площадь конкретного критического поперечного сечения рассматриваемого соединения должна быть в одной пло
скости с диаметром и толщиной стенки.
Использование критического поперечного сечения для расчета области испытательных нагрузок соединений
предполагает также, что действительны уравнения для длинных цилиндров, т. в. имеет место упрочнение на срез
критического поперечного сечения вблизи толстостенного сечения.
Это допущение идет в запас прочности и обосновано тем, что основная задача при проектировании соеди
нения заключается в достижении несущей способности и геометрии, максимально приближенных к телу трубы.
В случае, когда элементы соединения получают механической обработкой толстостенных высаженных кон
цов труб, упрочнение на срез под воздействием соседних толстостенных сечений может внести заметный вклад в
номинальную область испытательных нагрузок. Однако большинство таких соединений спроектировано в расчете
на достижение, по крайней мере. 100 % несущей способности тела трубы за счет геометрии, и поэтому область
испытательных нагрузок соединения обычно расположена снаружи области испытательных нагрузокдля тела тру
бы. Таким образом, точная область испытательных нагрузок соединения представляет собой спорный вопрос, а
испытательные нагрузки определяются скорее свойствами тела трубы, а не соединения.
Можно также утверждать, что при расчете напряжений VME в критическом элементе не следует суммиро
вать тангенциальные напряжения, достигающие максимума на внутренней поверхности внутреннего элемента,
с осевыми напряжениями в наружном элементе. Это положение не распространяется, однако, на методику по
настоящему стандарту, поскольку, во-первых, одно из критических поперечных сечений соединения для расчета
напряжений VME обычно представляет собой конечный участок ниппельного или раструбного элементов и состоит
из одного элемента, и. во-вторых, использование более высокого тангенциального напряжения в уравнении для
расчета напряжений VME компенсирует исключение напряжений от свинчивания.
Пик интенсивности напряжений VME в соединении при определенном сочетании нагрузок от давления, осе
вого усилия и изгиба не может быть предсказан простым изучением соединения. Необходим углубленный анализ
соединения, чтобы установить все плоскости, в которых может возникать предельная интенсивность напряжений
во всех четырех квадрантах. Установлено, что функции VME имеют разрыв между внутренним и внешним давле
нием из-за особенностей используемых уравнений для расчета напряжений от давления oh и
ог
Кроме того, сама
конструкция соединения может вызвать разрыв непрерывности между растяжением и сжатием в функциях VME.
Поэтому необходим тщательный анализ конструкции соединения с оценкой возможных критических поперечных
сечений во всех квадрантах.
72