Если формулу предельных значений (В.1) используют для расчета давления разрушения при вероятностном подходе, то расчет должен учитывать частоту появления несовершенства острой формы и распределение значений толщины стенки. Анализ по В.4 показал, что редко встречающееся несовершенство глубиной, равной уровню приемки, оказывает более значительное влияние на давление разрушения, чем часто встречающееся несовершенство меньшей глубины. По этой причине применение вероятностного подхода для расчета разрушения предпочтительно при наличии редко встречающихся несовершенств глубиной, равной уровню приемки.
Таким образом, формула предельных значений (В.1) должна всегда включать поправку на глубину несовершенств, а формула предельных значений при вероятностном подходе должна учитывать частоту, с которой могут возникать несовершенства острой формы. При детерминистическом подходе в расчете давления разрушения частоту появления несовершенств глубиной, равной уровню приемки, принимают равной 100%. При вероятностном подходе в расчете давления разрушения частота появления несовершенств должна быть принята по результатам контроля труб, которые уже подвергались контролю данной системой контроля.
В.2.3 Допущения и ограничения
В.2.3.1 Общие положения
Формула (В.1) основана на приведенных в В.2.3.2 и В.2.3.3 допущениях.
В.2.3.2 Достаточная вязкость металла
Для того чтобы формула (В.1) была применима, вязкость металла трубы должна быть не ниже установленной в ГОСТ Р 53366 и в дополнительном требовании SR16 ГОСТ Р 53366.
Хотя основной вывод формулы (В.1) не зависит от формы кривой напряжение-деформация, в окончательной формуле предполагается, что кривая истинное напряжение-деформация может быть соответствующим образом построена для более значительных деформаций, приблизительно от 2% до деформации, возникающей при максимальной нагрузке, в виде следующей зависимости от истинного напряжения
, (B.3)где 
; (B.4)
; (B.4) - коэффициент упрочнения для кривой истинного напряжения-деформации, полученной при испытании на одноосное растяжение (см. В.2.3.3);
- предел прочности при растяжении представительного образца, МПа;
- логарифмическая деформация.
В.2.3.3 Коэффициент упрочнения для кривой истинного напряжения-деформации
На образце из материала, для которого применима зависимость истинное напряжение-деформация [формула (В.3)], при испытании на одноосное растяжение при максимальной нагрузке определяется логарифмическая деформация как . Оптимальный метод определения заключается в подгонке фактической кривой истинное напряжение-деформация под формулу (В.3) в интервале деформаций в процентах до деформации, возникающей при максимальной нагрузке. Можно также приблизительно определить как фактическую логарифмическую деформацию, соответствующую максимальной нагрузке при испытании на растяжение, хотя это и менее точный метод. Если известен коэффициент деформации при максимальной нагрузке, то логарифмическая деформация составляет:
, (B.5) где - логарифмическая деформация;
- коэффициент деформации.
Относительно пологая форма кривой напряжение-деформация в зоне пластичности для большинства групп прочности труб нефтяного и газового сортамента затрудняет определение этим методом. В качестве еще одной альтернативы при отсутствии информации о зависимости истинное напряжение-деформация рекомендуется использовать значения , приведенные в таблице В.2.
Таблица В.2 - Рекомендуемые коэффициенты упрочнения для формулы проектного давления пластического разрушения
Группа прочности | |
| Н40 | 0,14 |
| J55 | 0,12 |
| К55 | 0,12 |
| М65 | 0,12 |
| K72 | 0,11 |
| N80 | 0,10 |
| L80 тип 1 | 0,10 |
| L80 тип 9Cr, L80 тип 13Cr | 0,10 |
| С90 | 0,10 |
| R95 | 0,09 |
| Т95 | 0,09 |
| Р110 | 0,08 |
| Q125 | 0,07 |
| Q135 | 0,06 |
Если группа прочности материала неизвестна, но материал не подвергается значительному упрочнению, то коэффициент можно определить методом корреляции по рисунку В.1. Усилия, затраченные на определение , должны учитывать то, что для обычных труб нефтяного и газового сортамента формула давления пластического разрушения мало чувствительна к этому коэффициенту. Однако при использовании материала со значительным упрочнением, такого как двухфазные стали, необходимо определить точнее, чтобы избежать завышенных значений проектной стойкости к пластическому разрушению. Для таких материалов значения могут достигать 0,30.
Примечания
1 По оси - измеренное значение предела текучести, МПа.
2 По оси - .
3 Обработка экспериментальных данных методом наименьших квадратов дает прямую 0,1693-1,177·10 , при коэффициенте вариации 0,10, где - коэффициент упрочнения для кривой истинного напряжения-деформации, полученной при испытании на одноосное растяжение; - предел текучести представительного образца при растяжении.
Рисунок В.1 - Корреляция между значениями коэффициента и типичными экспериментальными данными для сталей групп прочности по таблице В.2
Коэффициент оказывает сравнительно незначительное влияние на , но пренебрегать им не следует. При , равном 0,12, изменение на 14% приводит к изменению прогнозируемого давления разрушения на 1%. Два материала могут обладать одинаковым пределом прочности, но если у одного материала равен 0,12, то его стойкость к пластическому разрушению будет на 4% ниже, чем у другого материала с , равным 0,06. При выборе значения для материала труб нефтяного и газового сортамента при отсутствии экспериментальных данных оценка с использованием заданного минимального предела текучести при растяжении должна быть осторожной.
В.2.4 Учет влияния осевого растяжения и наружного давления
В.2.4.1 Общие положения
Формула (В.1) для расчета давления пластического разрушения выведена для труб с торцевым уплотнением, осевое растяжение которых вызывается только внутренним давлением, действующим на внутреннюю поверхность труб с уплотнением. Это особый случай более общей ситуации, при которой в трубе может возникнуть разрушающее максимальное внутреннее давление, при одновременном действии случайного наружного давления и случайного осевого растяжения или сжатия. Эти комбинированные нагрузки определяют, когда труба перейдет в состояние текучести и какие пластические деформации возникнут в ней к моменту разрушения. Может быть найден фундаментальный критерий разрушающей нагрузки, но это уже более сложная задача, решаемая при помощи формул фон Мизеса или Треска для поверхности текучести в зависимости от осевых, радиальных и тангенциальных напряжений.
Кроме того, пластическое разрушение под действием давления является преобладающим механизмом разрушения трубы только в том случае, когда осевое растяжение не слишком велико. При значительном осевом растяжении и незначительном внутреннем избыточном давлении осевая нагрузка (предшествующая образованию шейки и осевому разрушению трубы) будет максимальной еще до достижения максимального давления.
Далее приведены формулы разрушения под действием давления и образования шейки при комбинированных нагрузках вместе с критерием, позволяющим определить, что произойдет ранее. При этом использовано понятие "эффективное осевое растяжения", связанное с понятием "эффективное осевое напряжение", приведенным в А.1.3.2.4. Эти приближенные формулы для эффективного осевого растяжения имеют более высокую точность по сравнению с теоретической формулой (24) настоящего стандарта. В стандарте [3] (пункте В.6.2)приведено соответствие результатов расчетов экспериментальным данным при действии комбинированной нагрузки.
При отрицательных значениях эффективного осевого растяжения, т.е. при эффективном осевом сжатии, труба может быть выгнутой, как и колонна, что зависит от надежности боковых опор. Если выгнутость достаточно эффективно предотвращают, то формула для разрушения под действием комбинированной нагрузки будет применима также и при эффективном осевом сжатии. Однако при значительном осевом сжатии возможна локальная выгнутость стенки трубы, приводящая к ее разрушению. Поэтому существует значение эффективного осевого сжатия, ограничивающее применимость формулы разрушения под действием комбинированной нагрузки.
В.2.4.2 Пластическое разрушение под действием комбинированной нагрузки
При наличии наружного давления и осевого растяжения или сжатия, отличающегося от создаваемого внутренним давлением на торцевое уплотнение, общая формула проектного давления пластического разрушения имеет вид
или , (В.6) где
, (В.7) при этом
; (B.8)
; (B.9)
;(B.10)
;· (B.11)
, (см. рисунок 1); (B.12) ; (B.13)
; (B.14)
; (B.15)
, (B.16)