Приложение А (обязательное). Принципы, используемые для определения конструктивных требований на основе регрессионных испытаний, и учет разброса характеристик продукции

Приложение А
(обязательное)

Принципы, используемые для определения конструктивных требований на основе регрессионных испытаний, и учет разброса характеристик продукции

А.1 Общие положения

Методика проектирования, описанная в настоящем приложении, использует для формулировки требований по рабочим характеристикам минимального давления в настоящем стандарте. Далее приведены рекомендуемые минимальные коэффициенты запаса прочности относительно рабочих характеристик изделия.

Подобно всем пластмассовым материалам, стеклопластик подвержен ползучести при прилагаемых нагрузках. Трубные изделия из стеклопластика испытывают для определения характеристик регрессии, так как технология производства и используемые материалы-полуфабрикаты влияют на эти характеристики.

Настоящий стандарт основан на принципе производства трубных изделий по определенному проекту с использованием определенного технологического процесса и определенных материалов при испытании в соответствии с указанным методом регрессионного испытания, например, по ИСО 7509 они должны проявлять аналогичные характеристики регрессии. Данные, полученные после испытания, анализируют с помощью метода А ИСО 10928:1997. Наклон средней линии регрессии, полученной после анализа, представляет собой общие характеристики регрессии изделий, изготовленных из аналогичных материалов с использованием аналогичных технологических операций.

Свойства изделий из стеклопластика, подобно свойствам всех полуфабрикатов, признаются как имеющие собственные отклонения, но предполагается, что промышленное предприятие будет применять систему управления качеством, позволяющую определять коэффициент вариации (см. 3.31) и AQL (см. 3.32) для начальной кольцевой прочности на растяжение.

Текст с А.2 по А.7 суммирует методики проектирования, соответствующие или применимые к изделиям.

А.2 Минимальный требуемый запас прочности для долговременного давления

Большинство напорных труб из стеклопластика устанавливают под землей и подвергают воздействию механических нагрузок не только от внутреннего давления, но также от изгиба, обусловленного нагрузкой от грунта и нагрузкой от транспортных средств. Учет этих комбинированных нагрузок и анализ влияния изменения значений вероятности разрушения в течение 50 лет указывает, что коэффициент запаса прочности для комбинированных нагрузок должен быть не менее 1,5. Требования по минимальному кольцевому смещению определены по отношению к жесткости трубы, которая в действительности определяет пределы напряжения из-за изгиба. Минимальное приемлемое значение для коэффициента запаса прочности в напряженном состоянии (см. 3.44) рассчитывают при наличии знаний о минимальном приемлемом значении для условиях изгиба. С помощью этих принципов рассчитаны значения , относящиеся к 97,5% LCL и средним значениям, и показаны в таблице А.1, которая является копией таблицы 16.

Таблица А.1 - Минимальные значения для долговременных коэффициентов запаса прочности и

Труба, к которой применяется коэффициент запаса прочности	PN 32	PN 25	PN 16	PN 10	PN 6	PN 4	PN 2,5
Минимальный коэффициент запаса прочности , применяемый к долговременной 97,5% LCL	1,3	1,3	1,45	1,55	1,6	1,65	1,7
Минимальный коэффициент запаса прочности , применяемый к долговременному среднему значению	1,6	1,6	1,8	1,9	2,0	2,05	2,1

Коэффициенты запаса прочности, приведенные в таблице А.1, должны использоваться, если коэффициент вариации Y (см. 3.31) для начального давления на разрыв составляет 9% или менее. Если коэффициент вариации оказывается больше 9%, применимый коэффициент запаса прочности или должен определяться с помощью формулы либо (А.1), либо (А.2) в зависимости от конкретного случая:

,

(А.1)

,

(А.2)

где - коэффициент запаса прочности, указанный в таблице А.1;

- новый минимальный коэффициент запаса прочности;

- коэффициент запаса прочности, указанный в таблице А.1;

- новый минимальный коэффициент запаса прочности;

Y - коэффициент вариации для начального давления на разрыв, %.

А.3 Определение коэффициента регрессии давления,

Определяют характеристики регрессии труб с помощью испытательных образцов, выбранных произвольно из труб с одинаковым давлением и классом жесткости, для серии испытаний по определению раннего отказа и испытаний по определению регрессии давления. Следует использовать некоторые из испытательных образцов для испытания долговременной регрессии давления в соответствии с ИСО 7509 и некоторые из испытательных образцов для определения среднего кратковременного давления на разрыв , испытательного образца в соответствии с ИСО 8521.

На основе результатов испытаний по определению долговременного давления определяют линию регрессии с помощью метода, подробно описанного в ИСО 10928 (см. рисунок А.1). На основе предполагаемых значений этой линии за 0,1 ч (6 мин) и за 438000 ч (50 лет) определяют значения давления на разрыв и .

Выводят значение коэффициента регрессии давления для изделий из формулы

(А.3)

А.4 Определение значения расчетного давления

А.4.1 Определение

Примечание - Целью испытания на определение долговременного давления в части настоящей методики проектирования является не только определение характеристик регрессии. Следует отметить, что значение долговременного давления на разрыв, получаемое при испытании, имеет непосредственное отношение к испытываемым трубам. Если предполагаемое значение долговременного давления на разрыв не удовлетворяет определенным минимальным долговременным конструктивным требованиям для класса давления испытываемых труб, то параметр регрессии все же может использоваться при проектировании. Однако в отношении обоснования расчета класса удельного давления испытываемых труб испытание показывает несоответствие изготовленной трубы требованиям по долгосрочным характеристикам.

С помощью характеристик регрессии изделия, определенных в соответствии с пунктом А.3, рассчитывают значения расчетного давления для различных классов труб следующим образом.

С помощью требуемого значения PN определяют соответствующее значение из таблицы А.1 или формулы (А.1), в зависимости от конкретного случая, затем рассчитывают минимальное давление на разрыв в течение 50 лет, , с помощью формулы (А.4), где номинальное давление PN выражено в барах. Рассчитывают минимальное давление на разрыв в течение 6 мин с помощью значения коэффициента регрессии полученного из формулы (А.3), и значения из формулы (А.4) в формуле (А.5).

;

(А.4)

,

(А.5)

A.4.2 Определение расчетного давления

Примечание - На результаты испытания по определению начального давления на разрыв влияет скорость повышения давления и, как правило, чем выше скорость, тем выше давление на разрыв. Для учета этого методика проектирования включает в себя поправочный коэффициент С, который является соотношением между средним значениям испытаний по определению начального давления на разрыв, выполненных в виде части регрессионного испытания, описанного в A3, и предполагаемым давлением на разрыв в течение 6 мин, [см. формулу (А.6)].

Рассчитывают поправочный коэффициент С для начального давления на разрыв

,

(А.6)

"Рисунок А.1 - Вычисление коэффициента регрессии давления "

Из формулы (А.7) вычисляют нижнюю 97,5%-ную доверительную границу начального давления на разрыв, с помощью из формулы (А.5) и С из формулы (А.6):

.

(А.7)

Определяют из формулы (А.8) минимальное расчетное давление с помощью из формулы (А.7) и коэффициент вариации Y, определяемый из результатов системы управления качеством, полученный из типового исследования изделия на предприятии. Графическое изображение этой процедуры представлено на рисунке А.2, а пример с решением приведен в ИСО 10928.

,

(А.8)

где Y - коэффициент вариации, относящийся к среднему начальному давлению на разрыв трубы, произведенной на предприятии (см. 3.31), %;

1,96 - множитель для 97,5%-ного доверительного уровня.

"Рисунок А.2 - Вычисление минимального расчетного начального давления на отказ "

А.4.3 Процедура контроля для

Для обеспечения выполнения коэффициента запаса прочности по 97,5% LCL в течение 50 лет , и коэффициента запаса прочности по минимальному среднему значению в течение 50 лет выполняют следующие процедуры в целях определения минимального расчетного начального давления на отказ, (см. рисунок А.3):

а) рассчитывают значение

;

(A.9)

b) рассчитывают значение

;

(А.10)

c) рассчитывают минимальное значение

,

(A.11)

где - соответствующее значение из таблицы А.1 или, если применимо, рассчитанное значение из формулы (А.2);

d) Если из формулы (А.10) не ниже из формулы (А.11), то является достаточным для удовлетворения долговременного коэффициента запаса прочности для среднего значения. В противном случае должен увеличиваться, пока не будет удовлетворено указанное требование. Оно также обеспечивает выполнение коэффициента запаса прочности относительно 97,5% LCL в течение 50 лет, так как включает в себя значение .

А.5 Оценка характеристик напорной продукции

На основе результатов испытаний начального давления на отказ, выполненных в течение периода времени, определяют среднее значение и стандартное отклонение начального давления на отказ. Рассчитывают коэффициент отклонения данного свойства Y в процентах

.

(А.12)

Для оценки изделия, спроектированного с помощью изложенного метода расчета, система управления качеством должна быть в состоянии подтвердить выполнение изделием требований по минимальному давлению, а также определить, является ли (или не является) среднее давление на разрыв изделия , равным минимальному расчетному значению или выше этого значения .

"Рисунок А.3 - Вычисление долговременных средних значений давления на разрыв"

А.6 Принципы обоснования требований по предельной деформации

Минимальные расчетные требования по изгибам, указанные в настоящем стандарте при воздействии кольцевой деформации на трубу, основаны на значениях минимального предельного долговременного напряжения при изгибе, вызванного долговременной деформацией. Хотя способность труб к изгибу меняются в зависимости от способа производства и используемых материалов, характеристики минимальной начальной и долговременной предельной кольцевой деформации указаны в отношении класса номинальной жесткости (см. 5.2.3.3.1 и таблицу 10). Эти деформации обеспечивают приблизительно одинаковые уровни растяжения во всех разных классах жесткости.

Значения деформации, приведенные в таблице 10, основаны на допущении, что максимальная допустимая долговременная деформация при полном заглублении в грунт составляют 6%. Изготовитель труб может, тем не менее, указать долговременную деформацию, отличную от предполагаемого значения. В таких случаях требования, приведенные в таблице 10, должны корректироваться пропорционально, например, если значение деформации, указанное изготовителем, равно 3%, то требуемые значения будут равны 50% значений, указанных в таблице 10, в то время как значение деформации, указанное изготовителем, равным 8%, даст в результате 133% требуемых значений, указанных в таблице 10.

А.7 Оценка продукции

Испытания по определению начальной деформации, используемые для оценки продукции, требуют деформации испытательных образцов до значений, эквивалентных минимальной долговременной предельной кольцевой деформации в условиях влажности без проявления каких-либо признаков трещин и затем деформированных далее до соответствующего минимального значения, приведенного в 5.2.3.3.2, без проявления признаков повреждения конструкции.