Приложение Г (рекомендуемое). Расчет величины подрастания дефекта при циклическом нагружении

Приложение Г
(рекомендуемое)

Расчет
величины подрастания дефекта при циклическом нагружении

Г.1 Расчет проводится применительно к начальному дефекту (а₀, 2с₀), охарактеризованному в 7.2.12-7.2.13 и схематически изображенному на рисунке Г.1 в виде поверхностной трещины полуэллиптической формы, расположенной с внутренней стороны трубы.

Г.2 Целью расчета является определение величин подрастания размеров дефекта в глубину и длину один НСС при заданных условиях циклического нагружения.

Г.3 Условия циклического нагружения определяются размахом КИН типа I (), коэффициентом асимметрии цикла R и продолжительностью нагружения - числом циклов N.

Рисунок Г.1 - Полуэллиптическая поверхностная трещина в сечении трубы на внутренней поверхности окружного сварного шва

Г.4 Расчет величины подрастания дефекта в глубину и длину проводят методами линейной механики разрушения.

Расчет не проводится, если не выполнены условия для циклического роста трещины в соответствии с 7.2.13, когда заранее известно, что незначительным циклическим подрастанием начального дефекта с установленными в 7.2.10 размерами можно пренебречь.

Г.5 Скорость роста усталостной трещины - (или ) определяется зависимостью от при заданном значении R

,

(Г.1)

где измеряется в м/цикл;

l - характерный размер трещины (полуось а или полуось с), м;

C_f, m_f - характеристики материала, зависящие от условий нагружения;

- размах эффективного КИН в цикле, МПа ;

при K_max < K_c - размах КИН типа I, МПа ;

K_max - максимальное значение КИН в цикле, МПа ;

K_min - минимальное значение КИН в цикле, МПа ;

K_c - критическое значение КИН (вязкость разрушения), МПа ;

R = K_min/K_max - коэффициент асимметрии цикла: 0 R < 0,95;

(R, Т) - пороговая величина при температуре Т, при циклический рост трещины не учитывается.

Г.6 Для циклов нагружения, которые характеризуются K_min < 0 (R < 0), полагают, что R = 0 и ; если R  0,75, то полагают, что R = 0,75 и .

Г.7 Значение рассчитывают по формуле

,

(Г.2)

где  = 6,5 МПа при T  450 °С.

Г.8 Рекомендованные расчетные значения величин C_f и m_f для расчета циклического подрастания трещины в сварных соединениях из углеродистых сталей и сталей аустенитного класса типа 188 в условиях воздействия водяной (пароводяной) кислородосодержащей среды при температуре до 350 °С приведены в таблице Г.1.

Для обескислороженной водной среды допускается принимать менее консервативные значения коэффициентов C_f, m_f.

Таблица Г.1 - Рекомендованные значения величин C_f и m_f

Класс материала	mf	Cf,
Углеродистые стали и их сварные соединения	3,1
Легированные стали типа Cr-Mo-V, Cr-Ni-Mo-V и их сварные соединения	2,7
Хромоникелевые коррозионно-стойкие стали аустенитного класса 18-8 и их сварные соединения	3,3
Примечание - Указанные значения используют при 10-5    10-11 м/цикл.

Г.9 Значение КИН для i-го режима нагружения определяют для постулируемой поверхностной трещины в крайних точках фронта А и С (см. рисунок Г.1, где точка А соответствует росту дефекта в направлении малой полуоси, точка С - в направлении большой полуоси) по формуле

,

(Г.3)

где - КИН типа I от распределенных по толщине стенки суммарных "первичных" напряжений (мембранных и изгибных ) от механических нагрузок (сил и моментов);

- КИН от уравновешенных по толщине стенки суммарных "вторичных" напряжений (местных мембранных и изгибных );

l - характерный размер трещины (глубина а, длина 2с);

f_m, f_b, f_ms, f_bs - табулированные геометрические функции.

Г.10 Расчет размахов КИН для i-го цикла проводят при фиксированных значениях с использованием откорректированной зависимости КИН от размера растущего дефекта.

Величины , , , для i-го цикла нагружения определяют из упругого расчета напряжений отсутствии дефекта.

Величины , - размахи КИН типа I в точках А и С расчетного дефекта (см. рисунок Г.1). Величины , - коэффициенты асимметрии цикла в точках А и С.

Г.11 Рассчитывают подросты дефекта и за i-й цикл

;

(Г.4)

.

(Г.5)

Текущие размеры расчетного дефекта на конец i-цикла составляют

,

(Г.6)

.

(Г.7)

Далее расчет повторяют, пока не будут учтены все циклы нагружения за рассматриваемый период эксплуатации.

Г.12 Рассчитывают подросты дефекта и на конец периода эксплуатации при циклическом нагружении, определяются финальные размеры дефекта (, ) в глубину и длину

,

(Г.8)

.

(Г.9)

Г.13 В случае, если для описания истории нагружения в хронологическом порядке сложно сформировать циклы нагружения и их последовательность выполняют консервативный расчет, при котором сначала рассматривают циклы, вызывающие ускоренный рост дефекта по уравнению (Г.1), затем - последовательно циклы, вызывающие наименьшее приращение дефекта.

Г.14 В расчете роста усталостной трещины не учитывается торможение (ускорение) роста трещин от перегрузок различного знака, а также вследствие пересечения линий сплавления сварных швов, наплавок, границ слоев в многослойных материалах.