Приложение В (рекомендуемое). Основные требования к расчету на прочность узлов и деталей оборудования

Приложение В
(рекомендуемое)

Основные требования
к расчету на прочность узлов и деталей оборудования

В.1 Общие положения

В.1.1 Настоящее приложение регламентирует требования к поверочному расчету по напряжениям узлов и деталей оборудования, работающих в условиях статического и квазистатического нагружения, и оценке напряжений в элементах оборудования.

В.1.2 Если на узлы и детали оборудования, наряду со статическими и квазистатическими нагрузками, действуют циклические нагрузки, необходимо в дополнение к поверочному расчету выполнить расчет этих деталей и узлов на усталость.

В.1.3 Основными расчетными нагрузками являются:

- внутреннее или наружное давление;

- нагрузки от собственного веса и веса присоединенных изделий;

- температурные воздействия;

- вибрационные нагрузки.

В.1.4 Основными расчетными режимами эксплуатации являются:

- рабочие условия;

- условия гидроиспытания;

- условия монтажа, включая натяг болтов и шпилек.

В.1.5 В технически обоснованных случаях может быть проведен дополнительный расчет на нагрузки и режимы эксплуатации, отличные от перечисленных в В.1.3, В.1.4.

В.1.6 При поверочном расчете используют физико-механические свойства основного металла и сварных швов, указанные в национальных или отраслевых стандартах или технических условиях. При поверочном расчете изготовленных ранее узлов и деталей оборудования допускается использовать экспериментально определенные физико-механические свойства, приведенные в сертификатах на примененные материалы.

В.1.7 При проведении поверочного расчета все напряжения в конструкции разделяют на категории. Напряжения, относящиеся к различным категориям, объединяют в группы категорий напряжений, которые сопоставляют с допускаемыми значениями.

В.1.8 Для определения напряжений в узлах и деталях оборудования можно использовать численное моделирование напряженно-деформированного состояния конструкций на ЭВМ с помощью метода конечных элементов и других методов и методик, использующих аналитические методы расчета и экспериментальные исследования. Используемые программы и методики расчета должны быть сертифицированы и утверждены соответствующим образом и согласованы с авторами настоящего стандарта.

Выбранные методы определения напряжений должны учитывать все возможные нагрузки для всех расчетных случаев и давать возможность определить все необходимые расчетные группы категорий напряжений.

Ответственность за правильность выбора того или иного метода расчета, точность моделирования напряженно-деформированного состояния конструкции или экспериментально определенных напряжений несет организация, выполнявшая соответствующий расчет или эксперимент.

В.1.9 Напряжения в элементах конструкции не должны превышать предельные значения, указанные в В.4.

B.1.10 Если в элементах конструкции возникают сжимающие напряжения, в дополнение к требованиям В.1.9, должна быть проведена проверка на устойчивость.

B.2 Термины, используемые при анализе напряжений, и определения

B.2.1 эквивалентная интенсивность сложного напряженного состояния или просто интенсивность напряжения в какой-либо точке конструкции: Напряжение, получаемое, исходя из напряженно-деформированного состояния в данной точке, в соответствии с одной из теорий прочности, и используемое для сравнения с механическими свойствами материала, определенными при испытаниях, проводимых при одноосном нагружении образца.

B.2.2 конструктивный переход: Источник концентрации напряжений или деформаций, оказывающий влияние на относительно большую часть конструкции и воздействующий на общую схему распределения напряжений и деформаций в конструкции. Например, соединение крышки или фланца с корпусом, узлы врезки патрубков, соединение обечаек различного диаметра и толщины и т.д.

B.2.3 местный конструктивный переход: Источник концентрации напряжений или деформаций, воздействующих на относительно небольшой объем материала и не оказывающий существенного влияния на общую схему распределения напряжений и деформаций в конструкции, например галтели небольших радиусов, сварные швы с неполным проплавлением и т.д.

В.2.4 нормальные напряжения: Напряжения, действующие по нормали к плоскости сечения. Обычно распределение нормальных напряжений неоднородно по толщине детали. Постоянная компонента нормального В.1.8 напряжения, равная среднему значению напряжений по толщине сечения, называется мембранным напряжением.

В.2.5 напряжения сдвига: Компоненты напряжений, действующие по касательной к плоскости сечения.

В.2.6 первичные напряжения: Напряжения, возникающие под действием нагрузки и уравновешивающие внешние и внутренние силы и моменты развития напряжения, которые существенно превышают временное сопротивление или предел текучести, вызывают разрушение или значительные деформации конструкции, например мембранные напряжения в цилиндрической обечайке и напряжения изгиба в центральной части плоского днища от действия давления.

Термические напряжения не относятся к классу первичных напряжений.

В.2.7 вторичные напряжения: Напряжения, возникающие в связи со стесненностью деформаций в конструкции, ограничений деформации прилегающими деталями и связями. В отличие от первичных напряжений, величины вторичных напряжений внутренне ограничены, так как их природа связана со стесненностью деформаций в конструкции. Образование локальных пластических зон и небольшие деформации могут приводить к прекращению роста вторичных напряжений. При однократном приложении нагрузки вторичные напряжения, как правило, не могут вызвать разрушение конструкции. Примерами вторичных напряжений являются термические напряжения, напряжения в конструктивных переходах при изгибе и т.д.

В.2.8 первичные мембранные напряжения (общие и местные): К общим первичным мембранным напряжениям относят такие напряжения, распределение относительных величин которых не изменится при переходе материала конструкции в пластическое состояние, например мембранные напряжения в цилиндрических и сферических оболочках.

Напряженная область в оболочке вращения может рассматриваться как локальная, если расстояние, на котором интенсивность напряжения превышает 1,1 [], не распространяется в меридиональном направлении более чем на , где R - радиус кривизны срединной поверхности, s - минимальная толщина оболочки в рассматриваемой области. Области местных первичных мембранных напряжений, превышающие 1,1 [], не должны располагаться в меридиональном направлении на расстоянии, меньше чем 2,5 . Примерами локальных первичных мембранных напряжений являются напряжения в корпусах в местах крепления опор и присоединения патрубков.

В.2.9 Кроме перечисленных, в конструкциях могут встречаться пиковые напряжения, которые не создают сколько-нибудь заметных деформаций и проявляются только как возможная причина усталостных трещин или хрупкого разрушения. К таким напряжениям относят термические напряжения в аустенитном плакирующем слое или наплавке корпуса, выполненного из углеродистой стали, напряжения в стенках при быстром изменении температуры, напряжения в местных конструктивных переходах и т.д.

В.3 Определение расчетных напряжений

В.3.1 При поверочном расчете по категориям напряжений определение напряжений производится, исходя из упругой модели работы конструкции.

В.3.2 При определении эквивалентных интенсивностей напряжений допускается использовать теорию максимальных касательных напряжений (теорию Треска - Геста) или теорию удельной энергии формоизменения (теорию Губера - Генки - Мизеса).

Интенсивность напряжений в расчетной точке по теории максимальных касательных напряжений вычисляют по формуле (В.1)

.

(В.1)

Интенсивность напряжений в расчетной точке по теории удельной энергии формоизменения определяют по формуле (В.2)

,

(В.2)

где , , - главное нормальное напряжение в рассматриваемой точке, т.е. напряжения в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, выбранных таким образом, что напряжения сдвига в них равны нулю.

В.3.3 Интенсивность напряжения вычисляют для всех перечисленных в В.2.6 - В.2.9 категорий напряжений в отдельности, после чего значения соответствующих напряжений группируются и суммируются в соответствии с разделом В.4.

В.3.4 Интенсивность мембранных напряжений выводят, исходя из мембранных напряжений, усредненных по толщине сечения.

В.4 Предельная допускаемая интенсивность напряжений

В.4.1 Расчетные напряжения во всех точках конструкции должны соответствовать требованиям таблицы.

Таблица В.4.1

Категория напряжения	Первичные			Вторичные мембранные и изгибные	Пиковые
	Общие мембранные	Местные мембранные	Изгибные
Символ Предельно допускаемая интенсивность напряжения

В.4.2 При сравнении расчетных и предельно допустимых значений интенсивностей первичных напряжений и их комбинаций следует определять компоненты напряжений, исходя из величин расчетных нагрузок.

При сравнении расчетных и предельно допустимых значений интенсивностей комбинаций напряжений, включающих вторичные и пиковые напряжения, допускается определять компоненты напряжений, исходя из величин рабочих нагрузок.

В.4.3 Допускается использовать конструкции, в отдельных точках которых суммарная интенсивность первичных и вторичных напряжений превышает предельно допускаемую интенсивность напряжения 3,0 [], при условии, что прочность конструкции подтверждается упругопластическим расчетом, учитывающим пластические свойства материала.

В.4.4 Оценка интенсивности суммарных первичных, вторичных и пиковых напряжений производится по размаху суммарных напряжений. Допускаемую амплитуду условных упругих напряжений [] определяют в соответствии с документацией, утвержденной в установленном порядке.