А.2.5 Формула проектной текучести тела трубы с открытыми торцами при отсутствии наружного давления и осевой нагрузки
Формулу проектной текучести тела труб с открытыми торцами с учетом формул Ламе для радиальных и тангенциальных напряжений выводят на основе формулы (А.9) со следующими изменениями:
a) в формулах (А.1) и (А.2) для расчета радиальных и тангенциальных напряжений заменяют на ;
b) заменяют на .
Окончательная формула для расчета возникновения текучести в толстостенных трубах с открытыми торцами , МПа, имеет вид
, (A.28) где - заданный минимальный предел текучести при растяжении, МПа;
- номинальный наружный диаметр трубы, мм;
- внутренний диаметр, рассчитанный с коэффициентом , равный , мм;
- коэффициент, учитывающий установленное предельное отклонение толщины стенки трубы, равный 0,875 для предельного отклонения минус 12,5%;
- номинальная толщина стенки трубы, мм;
Поскольку в формуле (А.28) осевая нагрузка отсутствует, то возможен вывод этой расчетной формулы (А.28) непосредственно из формулы (А.27).
Приложение В (справочное). Расчет давления пластического разрушения
Приложение В
(справочное)
В.1 Общие положения
При выводе формул для определения стойкости труб к внутреннему давлению различают возникновение текучести (приложение А) и разрушение тела трубы, которое может быть пластическим (вязким) или хрупким. В таблице В.1 приведены характеристики разрушения под действием внутреннего давления.
Таблица В.1 - Характеристики разрушения под действием внутреннего давления
Вид разрушения | Характеристика | Приложение, в котором приведенрасчет |
| Пластическое разрушение | Разрушение труб в интервале пластических деформаций, характерных для труб с достаточной и устойчивой вязкостью разрушения в среде, в которой они эксплуатируются | Настоящее приложение |
| Хрупкое разрушение | Разрушение труб в результате распространения трещины | Приложение D |
В.2 Пластическое разрушение тела трубы
В.2.1 Общие положения
По формулам проектного давления пластического разрушения определяют фактическое разрушение тела трубы под действием внутреннего давления, а формулы трехмерной текучести (приложение А) относятся к возникновению пластической деформации, а не к потере целостности трубы. По формулам проектного давления пластического разрушения определяют способность трубы выдерживать внутреннее давление без потери герметичности.
Эти формулы применимы только в том случае, когда металл трубы обладает в данной среде достаточно высокой вязкостью, превышающей минимальную, так что деформация трубы в данной среде носит пластический, а не хрупкий характер даже при наличии незначительных несовершенств.
Формулы проектного давления пластического разрушения учитывают минимальную допустимую толщину стенки и наружный диаметр трубы, максимальную глубину несовершенств, невыявленных системой контроля, вязкость разрушения и деформационное упрочнение металла, предел прочности трубы. Предел текучести не оказывает непосредственного влияния на давление пластического разрушения, но влияет на коэффициент упрочнения .
Формулы проектного давления пластического разрушения могут быть выведены на основе механики равновесия трубы в сочетании с моделью пластичности трубы и моделью влияния несовершенств. Вывод формул не входит в область применения настоящего стандарта, а приведен в документах [21] и [22].
Формулы предельных значений давления пластического разрушения и формулы проектного давления пластического разрушения основаны на трех взаимосвязанных положениях:
a) формуле равновесия пластического разрушения трубы с известными допустимыми минимальными значениями толщины стенки и наружного диаметра;
b) уменьшении допустимой минимальной толщины стенки на глубину несовершенств, не выявленных системой контроля;
c) критерии минимальной вязкости, при котором происходит пластическое разрушение.
Эти формулы применимы для труб, находящихся под действием давления и осевой нагрузки, но не применимы для определения стойкости труб при усталостных нагрузках. Вычитание из толщины стенки трубы глубины несовершенств и учет вязкости металла труб основаны на механике разрушения, которая связывает измеренную вязкость разрушения образцов труб с расчетной интенсивностью напряжений в вершине трещины (J-интегралы) как функцию от глубины несовершенств. Подробнее - см. далее.
Дополнительная информация приведена в [5] и [23].
В.2.2 Формула предельных значений давления пластического разрушения для трубы с торцевым уплотнением
В.2.2.1 Общие положения
Пластическое разрушение труб с торцевым уплотнением под действием внутреннего давления происходит при достижении давления
,· (B.1) где - поправочный коэффициент, учитывающий деформацию труб и деформационное упрочнение металла, равный 
;
; - коэффициент упрочнения для кривой истинного напряжения-деформации, полученной при испытании на одноосное растяжение (см. В.2.3.3);
- толщина стенки, рассчитываемая по формуле
; (В.2) - минимальная толщина стенки без учета несовершенств типа трещин, мм;
- коэффициент прочности при разрушении, полученный по результатам испытаний и равный 1,0 - для труб из стали L80 тип 13Cr после закалки и отпуска (с мартенситной структурой) и 2,0 - для труб после прокатки и нормализации; при отсутствии результатов испытаний принимается равным 2,0. Значение коэффициента для конкретного металла труб может быть установлено при проведении испытания;
- в формуле предельных значений - наибольшая фактическая глубина несовершенства типа трещины; в формуле проектных предельных значений - максимальная глубина несовершенства типа трещины, не выявленного системой контроля;
- предел прочности при растяжении представительного образца, МПа;
- номинальный наружный диаметр трубы, мм.
Примечание - Для данной формулы используют фактические значения , , , , , , .
При выбранном значении получают среднее значение давления разрушения , прогнозируемое по условиям текучести Треска и фон Мизеса для труб с торцевым уплотнением. Оно учитывает деформационное упрочнение металла и деформацию трубы вплоть до разрушения.
В.2.2.2 Предпосылки формулы предельных значений
Формула предельных значений (В.1) основана на механике равновесия труб с торцевым уплотнением, находящихся под действием внутреннего давления, с учетом деформационного упрочнения. Эта формула была выбрана из шести формул (В.28)-(В.33), результаты расчета по которым сравнивали с результатами разрушения полномасштабных образцов труб широкого ряда групп прочности и отношений . Формулы и модели пластического разрушения, использованные для их оценки, приведены в В.3. По комбинации каждой из шести моделей и массива данных результаты сравнения выражались в форме среднего значения, среднеквадратичного отклонения и коэффициента вариации отношения фактического и расчетного давлений испытания. Формула (В.1) дала наибольшую общую точность для разных массивов данных, среднее значение 1,004 и коэффициент вариации 4,7%.
Среди результатов испытаний, использованных для корректировки формулы разрушения, не было естественных несовершенств острой формы, насколько они могли быть выявлены. Это вполне понятно, если учитывать частоту появления таких несовершенств в трубах, подвергаемых контролю. Также в формуле предельных значений сначала не учитывалось наличие несовершенств. Однако в дальнейшем формула предельных значений была обобщена, в ней было учтено действие наружного давления и осевого сжатия или растяжения, отличающееся от условий для труб с торцевым уплотнением, а также наличие несовершенств острой формы, не выявленных системой контроля. Описание роли несовершенств в формуле давления пластического разрушения приведено в В.4.
Формула предельных значений (В.1) учитывает поправку на глубину наибольшего фактического несовершенства труб. Кроме того, существует вероятность изготовления труб с несовершенствами и минимальной толщиной стенки. Если формулу предельных значений используют в расчете давления разрушения при детерминистическом подходе, то при этом предполагается 100%-ное наличие несовершенства острой формы глубиной, равной уровню приемки.