1 По оси - параметр распределения Вейбулла .
2 По оси - вероятность отказа.
Рисунок В.12 - Сравнение влияния вида распределения на вероятность отказа одной трубы и колонны труб (средний запас прочности - 1,5)
Штриховые линии на этих рисунках представляют плотности вероятности наиболее глубоких несовершенств для 50 труб. Это связано с функциями плотности вероятности и накопленной вероятности основного распределения самых глубоких несовершенств в произвольно выбранной трубе. Это распределение также отсечено по уровню приемки 5%. Вид этих функций плотности вероятности предельных несовершенств означает, что наиболее вероятны несовершенства глубиной порядка 5%. Действительно, поскольку основное распределение несовершенств по глубине отсечено по уровню приемки, то наиболее вероятная глубина несовершенств равна этому уровню. Этот эффект становится более заметным с увеличением параметра основного распределения .
Даже в том случае, когда распределение вероятности смещено к 0% (при , равном 0,5), наиболее вероятное самое глубокое несовершенство имеет глубину 5%. В этом случае имеет место равномерное распределение в интервале от 3,5% до 5%.
Распределение с показателем надежности первого порядка , равным 0,5, является наилучшим приближением к фактическому распределению несовершенств, если принимается во внимание только глубина несовершенств без учета возможности их наложения. Проводился приблизительный анализ несовершенств глубиной, превышающей 5% номинальной толщины стенки. При этом вероятность того, что глубина несовершенства превысит 5%, принималась для трубы равной 5%. Этот анализ показал, что верхний участок распределения глубины несовершенств соответствует значению параметра распределения Вейбулла , равному 0,55, см. рисунок В.9.
Четыре графика на рисунке В.10 показывают, каким образом меняется распределение вероятности пластического разрушения трубы в зависимости от вида распределения несовершенств глубиной менее уровня приемки. При этом принимают следующие допущения:
- обычное соотношение предельного давления и действующего давления ;
- средний запас прочности - 1,3 и 1,5. Под запасом прочности понимается отношение среднего давления пластического разрушения и действующего давления. Так, если отказ происходит при окружном давлении, равном пределу прочности, то запас прочности равен среднему отношению предельного давления к действующему давлению;
- коэффициент вариации запаса прочности равен 5%;
- нормируемая прочность трубы с несовершенством равна 
, где - глубина несовершенства, %, или доля номинальной толщины стенки;
, где - глубина несовершенства, %, или доля номинальной толщины стенки; - распределение несовершенств представляет собой усеченное распределение Вейбулла, в котором глубина несовершенств ограничена уровнем приемки 5%. Форма этого распределения меняется в зависимости от параметра , причем , равный 0,5, соответствует наибольшей изменчивости при большинстве несовершенств глубиной, близкой к 0, а , равный 4, соответствует малой изменчивости более глубоких несовершенств.
Эти графики показывают, что вид распределения ниже уровня приемки не оказывает заметного влияния на распределение отношения . По этим графикам можно определить вероятность отказа в виде вероятности, связанной с 
1. На рисунках В.11 и В.12 показано сравнение вероятности отказа трубы с самым глубоким несовершенством в колонне из 50 труб с вероятностью отказа одной произвольно выбранной трубы с таким несовершенством.
1. На рисунках В.11 и В.12 показано сравнение вероятности отказа трубы с самым глубоким несовершенством в колонне из 50 труб с вероятностью отказа одной произвольно выбранной трубы с таким несовершенством. Изучение этого конкретного случая показывает, что редкие значительные несовершенства оказывают более значительное влияние на вероятность отказа, чем суммарное воздействие часто встречающихся незначительных несовершенств глубиной менее уровня приемки. Этот факт был использован для разработки расчета стойкости трубы к пластическому разрушению при вероятностном подходе. Вероятность разрушения трубы является функцией распределения вероятности предела прочности металла, толщины стенки и неопределенности идеализации. Однако наличие несовершенства моделируется по детерминистическому подходу. При вероятностном подходе в формуле давления пластического разрушения глубина несовершенства принимается равной максимальной допустимой глубине, т.е. равной уровню приемки. Влияние несовершенства на вероятность отказа учитывается по частоте появления несовершенств глубиной, равной уровню приемки. В рекомендуемой модели эта частота принимается равной частоте появления несовершенств острой формы при повторном контроле труб.
Приложение С (справочное). Метод испытания на разрушение
Приложение С
(справочное)
С.1 Концы образцов
При проведении испытаний на разрушение должно быть выполнено уплотнение торцов труб приварными, вставными пробками (наиболее распространенный метод) или резьбовыми пробками (стандартные резьбовые соединения или соединения премиум). Хотя существуют иные методы испытаний, например с торцевыми пробками, самозатягивающимися при помощи центрального стягивающего прутка, они используются редко, создают другое напряженное состояние и приводят к другим результатам испытаний, поэтому их применение не допускается. При испытании на разрушение на трубу с торцевым уплотнением действует осевое напряжение, создаваемое внутренним давлением жидкой среды на торцевое уплотнение. Осевое напряжение равно примерно половине среднего тангенциального напряжения, за счет чего возникает нагруженное состояние, которое по теории текучести фон Мизеса создает максимально возможное внутреннее давление.
С.2 Минимальная длина образца
С.2.1 Предпосылки
В стандарте [2] по испытаниям эксплуатационных характеристик соединений насосно-компрессорных и обсадных труб были приведены рекомендации по использованию для испытаний труб (отрезков труб) длиной не менее 
или по более поздним рекомендациям в стандарте [2], рисунок 1 - длиной, равной 
.
или по более поздним рекомендациям в стандарте [2], рисунок 1 - длиной, равной . Такая длина обеспечивает:
- расстояние от торцевой пробки, равное 
, необходимое для исключения торцевого эффекта;
, необходимое для исключения торцевого эффекта; - поведение отрезка трубы длиной, равной (номинальному наружному диаметру трубы), как бесконечно длинного цилиндра (труба полной длины) без влияния торцевого эффекта;
- расстояние от муфты или соединения, равное , необходимое для исключения торцевого эффекта от муфты или соединения.
В стандартах [1] и [2] принята такая же минимальная длина образца.
С.2.2 Требования к минимальной длине
Для соблюдения данного метода испытания на разрушение минимальная длина должна соответствовать требованиям стандартов [1] и [2], как показано на рисунке С.1.
_______________
Ось муфты.
- номинальный наружный диаметр трубы; - номинальная толщина стенки трубы
1 - торцевая пробка; 2 - труба (отрезок трубы)
Рисунок С.1 - Минимальная длина образца для испытания на разрушение
С.3 Приложение давления
Испытания труб на разрушение должны проводиться с использованием воды и внутреннего наливного патрубка. Наливной патрубок используют для уменьшения объема воды и соответственно минимизации запасенной энергии в целях обеспечения безопасности. Это позволяет также уменьшить разрушение трубы до уровня, обеспечивающего отсутствие каких-либо последствий. В стандартах [1] и [2] скорость нагружения ограничивается 34,47 МПа/мин. При создании разрушающего давления начинается течение пластичного металла трубы и по мере раздувания трубы у типовых насосов лабораторного типа скорость нагружения значительно снижается. По достижении давления выше давления текучести выключается насос (закрывается клапан), труба в течение некоторого времени продолжает раздуваться и соответственно понижается давление. По этой причине давление необходимо продолжать прикладывать на скорости 6,90 МПа/мин или ниже.
Для измерения/регистрации давления жидкой среды следует использовать датчик давления. Датчик, расположенный на конце трубы, противоположном нагнетательному трубопроводу, позволяет исключить скачки измеряемого давления, возникающие из-за хода поршня насоса. Предпочтительно использовать цифровую систему сбора данных с частотой регистрации не реже одного раза в 5 с. Такая частота записи позволит зарегистрировать достигнутое максимальное давление, а конечное давление разрушения обычно на несколько процентов меньше достигнутого максимального давления.
Приложение D (справочное). Расчет давления хрупкого разрушения
Приложение D
(справочное)
D.1 Разрушение тела трубы из-за свойств металла
В настоящем приложении описаны формулы, которые могут быть применены для расчета давления, при котором произойдет разрушение трубы вследствие распространения имеющейся острой трещины или зарождения и роста новой острой трещины. Эти формулы упругопластического разрушения распространяются на трубы из пластичного, хрупкого металла или металла с промежуточными свойствами. Данные формулы расширяют действие других действующих стандартов по механике разрушения на все виды нефтяных и газовых сред. Формулы могут быть применены при условии экспериментального определения коэффициента вязкости разрушения металла в определенной среде. Для тонкостенных труб трудно провести достоверные испытания для определения . В настоящее время не разработана концепция эмпирического определения при невозможности его определения экспериментальным путем.
Существует два типа хрупкого разрушения: разрушение вследствие распространения существующей трещины и разрушение вследствие зарождения и стабильного роста трещины в том месте, где ранее не было выявлено трещины. Разрушение первого типа, описанное в D.2, происходит вследствие перегрузки вершины трещины напряжением высокой интенсивности и определяется по приложенному напряжению, размеру трещины и вязкости разрушения металла в определенной среде. Данный тип разрушения взаимосвязан с трещиной определенного размера и условиями, в которых начинается распространение трещины или происходит остановка распространения трещины.
Разрушение второго типа, описанное в D.3, представляет собой образование трещины под влиянием окружающей среды, которое происходит из-за сочетания действия напряжения, металла и окружающей среды и для которого не требуется наличие ранее существовавшего несовершенства. Данное разрушение связано с состоянием, которое порождает стабильный рост трещины, которой могло не быть изначально. После возникновения трещина стабильно растет, пока она не станет достаточно большой и не достигнет состояния нестабильного распространения трещины до разрушения. Растрескивание под влиянием окружающей среды может произойти независимо от распространения трещины, т.е. для предотвращения разрушения вследствие растрескивания должны быть соблюдены условия, определенные по формулам, приведенным в D.2, и критерий порогового напряжения, приведенный в D.3. Это означает, что существуют два предельных значения, которые должны быть соблюдены для предотвращения растрескивания, и что оба предельных значения зависят от напряжения и вязкости разрушения металла в данной среде.
D.2 Модель распространения трещины
D.2.1 Общие положения
Подход к модели распространения трещины, описываемый в настоящем приложении, аналогичен подходу, используемому для определения показателей эксплуатационных свойств сосудов, работающих под давлением, и широко используется для прогнозирования пригодности этих изделий для использования по назначению. Удается сохранить целостность треснувших изделий с использованием рекомендаций стандартов по механике разрушения, таких как в стандартах [25], [26] и [27].
Расчет показателей эксплуатационных свойств труб, основанный на пределе прочности при растяжении, пределе текучести и других свойствах металла, а также размерах труб, не охватывает разрушений, возникающих вследствие распространения несовершенств типа трещин, когда разрушение определяется интенсивностью напряжений возле трещины. Когда коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины достигнет критического значения , трещина распространяется и разрушение трубы становится неизбежным. Значение зависит от окружающей среды и металла.
В -содержащих средах будет меньше, чем в средах, не содержащих , и режим разрушения может влиять на давление разрушения трубы. Показатель меняется в зависимости от факторов окружающей среды (содержание , температура, рН и т. д.). После определения этого показателя в ходе лабораторных испытаний конкретного металла в определенной окружающей среде он может быть использован для оценки целостности трубы с несовершенствами в такой окружающей среде. Показатель можно рассматривать, как вязкость разрушения, необходимую для предотвращения или останова дальнейшего распространения трещин в этой среде. Для сохранения целостности трубы значение должно быть достаточно высоким, чтобы не допустить распространения трещины в данной среде эксплуатации.