22
kh = 0,1693 - knoy, (13)
где kh — коэффициент упрочнения для кривой истинного напряжения-деформации,
полученной при испытании на одноосное растяжение (см. В.2.3.3, приложение В); kn — коэффициент пересчета напряжений, равный 1,18 • 10-4 М Па-1; оу — предел текучести представительного образца при растяжении, М Па.
Формула проектного давления пластического разрушения труб сравнительно мало зависит от коэффициента kh. Однако при использовании материала со значительным упрочнением, такого как двухфазные стали, необходимо определить kh точнее, чтобы избежать завышенного прогноза стойкости к пластическому разрушению. Для таких материалов значения kh могут достигать 0,30.
- Определение коэффициента прочности при разрушении ka
- Общие положения
Этот коэффициент характеризует влияние вязкости металла на пластическое разрушение при наличии трещины глубиной aN. Нет необходимости определять этот коэффициент для каждого заказа, достаточно определить его для определенного технологического варианта труб, изготовляемых по определенному плану контроля процесса. Для материала с высокой вязкостью коэффициент равен 1,0 или менее и влияние трещины на давление пластического разрушения будет не больше, чем глубина самой трещины. Однако для материала с пониженной вязкостью коэффициент ka может быть равен 2,0 и влияние трещины становится таким, как будто трещина имеет глубину, вдвое превышающую фактическую.
Если значение ka для материала не определялось, его можно принять равным 2,0. Установлено, что ka равно 1,0 для труб с мартенситной структурой, подвергнутых закалке и отпуску, и для сталей типа 13Cr. Значение коэффициента может быть установлено для конкретного материала при испытании. Для расчета ka может быть использован один из двух методов, приведенных далее.
- Аналитический метод определения ka
Рекомендуется следующая процедура:
- Создают модель конечных элементов (МКЭ) трубы для трех разных значений глубины трещины: 0 %, 5 % и 12,5 % номинальной толщины стенки. Трещину моделируют как продольную трещину бесконечной длины на внутренней поверхности трубы. В модели рассматривают номинальную толщину стенки трубы (без учета эксцентриситета) и типичную кривую напряжение-деформация для рассматриваемой группы прочности.
- Модель М КЭ используют для имитации приложения внутреннего давления с целью расчета J-интеграла в функции от внутреннего давления (стандарт [3], примеры в В.7.2, приложение В).
- Экспериментальным путем находят критическое значение стойкости металла к разрушению J1c в воздушной среде для группы прочности труб. J1c представляет собой параметр, определяемый по методу испытания, приведенному в стандарте [4].
- Каждую кривую конечного элемента J-интеграла заканчивают при критическом значении J1c, измеренном экспериментально. Внутреннее давление, соответствующее этой конечной точке, в которой J-интеграл равен J1c, представляет собой давление разрушения при наличии трещины в металле с вязкостью, характеризуемой J1c.
- Давление разрушения для металла с трещиной, глубина которой составляет 5 %, делят на давление разрушения для металла без трещины, используя для этого результаты моделирования М КЭ и измерения J1c. З атем полученное соотношение приравнивают к (1 - ka a/t), где a/t—отношение глубины трещины к заданной толщине стенки трубы, например, в данном случае 5 %. Из этой формулы находят значение коэффициента прочности при разрушении ka.
- Расчет повторяют с результатами, полученными по МКЭ для трещины глубиной 12,5 %.
- Находят среднее значений ka для значений, полученных по перечислениям е) и f), и используют его в формуле проектного давления разрушения.
- Экспериментальный метод определения ka
Вместо измерения J1c и расчета методом конечных элементов можно определить ka, проведя испытания на разрушение трубы без несовершенства типа трещины, трубы с несовершенством глубиной 5 % и глубиной 12,5 %. Затем необходимо установить соотношение давлений разрушения, как описано в 7.3.3.2, перечисление е), и рассчитать ka. Трудность при таком подходе заключается в том, что результат будет некорректным при недостаточной острой форме несовершенства. Надрез, выполненный механическим или электроэрозионным способом, не пригоден для этой цели. Несовершенство типа трещины необходимо создать в процессе изготовления трубы или путем создания усталостной трещины. В целом М КЭ в сочетании с измерением J1c является более легко осуществимым методом.