Анализ спектров эксплуатационного нагружения и накопленных повреждений в резьбовых соединениях

Рассмотрены вопросы оценки циклической долговечности резьбовых соединений на примере главного разъема атомного реактора ВВЭР-1000 при заданной истории эксплуатационного нагружения. Расчёт выполнен в соответствии с принятыми отечественными нормами расчёта на прочность атомных реакторов.

Приведены четыре варианта расчётных случаев: упрощенный расчёт по каждому из циклов нагружения с полной разгрузкой; расчёт по блокам нагружения с упрощением режимов в блоке; уточнённый расчёт с полным набором циклов в блоке и с полной разгрузкой в каждом цикле; уточнённый расчёт с набором в блоке всех циклов с неполной разгрузкой в каждом блоке. Отмечена не консервативность расчёта в третьем расчётном случае. Уточнённый расчёт для четвёртого расчётного случая требует проведения дополнительных мероприятий в процессе эксплуатации с целью обеспечения ресурса шпилек главного разъёма.

Ключевые слова

прочность, долговечность, ресурс, спектр нагружения, накопленное повреждение, запас по долговечности, нормы прочности, блок нагружения.

Источник финансирования

Работа выполнена при поддержке Гранта РНФ № 14-19- 00776-П

Дата публикации

15.10.2018

Кол-во символов

11786

Цитировать

ГОСТ	Махутов Н. А. , Зацаринный В. Анализ спектров эксплуатационного нагружения и накопленных повреждений в резьбовых соединениях // Проблемы машиностроения и надежности машин – 2018. – Выпуск 4 C. 44-52 [Электронный ресурс]. URL: http://ras.jes.su/pminm/s207987840000035-7-1 (дата обращения: 30.04.2024). DOI: 10.31857/S023571190000580-9
MLA	Makhootov, Nikolay, Zatsarinny, V. "Analysis of the spectra of operational loading and accumulated damage in threaded connections." Problemy mashinostroeniia i nadezhnosti mashin 4 (2018):44-52. DOI: 10.31857/S023571190000580-9
APA	Makhootov N., Zatsarinny V. (2018). Analysis of the spectra of operational loading and accumulated damage in threaded connections. Problemy mashinostroeniia i nadezhnosti mashin (4), pp.44-52 DOI: 10.31857/S023571190000580-9

100 руб.

При оформлении подписки на статью или выпуск пользователь получает возможность скачать PDF, оценить публикацию и связаться с автором. Для оформления подписки требуется авторизация.

Оператором распространения коммерческих препринтов является ООО «Интеграция: ОН»

Размещенный ниже текст является ознакомительной версией и может не соответствовать печатной.


1	ВВЕДЕНИЕ
2	Резьбовые и фланцевые соединения являются ответственными узлами, определяющими прочность и надёжность важнейших объектов атомной и гидравлической энергетики, нефтегазохимии, авиации, металлургии и др. отраслей промышленности. Примерами аварий и катастроф на объектах, вызванных разрушениями резьбовых элементов, являются разъёмные резьбовые соединения в сосудах высокого давления, узлы крепления крышек больших автоклавов с резьбовыми соединениями, разрушение крупногабаритных колонн с резьбой на мощных прессах, разрушение резьбовых соединений крышки гидротурбины на Саяно-Шушенской ГЭС и др.
3	Вопросы анализа и оценки характеристик прочности и ресурса резьбовых соединений в связи с их большой актуальностью, а также общие вопросы обеспечения малоцикловой прочности и долговечности рассмотрены в [1-15].
4	Для несущих элементов этих разъёмных соединений (например, высоконагруженное резьбовое соединение в главном разъёме крышка-корпус атомного реактора, во фланцевых соединениях гидротурбин и парогенераторов анализом напряжённо-деформированных состояний (НДС) выявлено, что при нагружении в основании витков резьбы шпилек за счёт концентрации возникают повышенные локальные напряжения и деформации. Развитие этих деформаций и напряжений по мере увеличения числа эксплуатационных циклов ведёт к накоплению малоцикловых повреждений и разрушению элемента конструкции [1].
5	Для оценки локальных напряжений и деформаций в витках резьбы и их перераспределения в процессе циклического нагружения используются как расчётные, так и экспериментальные методы исследований. Детально расчётно-экспериментальная методика определения изменения указанных характеристик НДС при упругопластическом деформировании и характеристик прочности и пластичности представлена в [2,3,7].
6	Для расчёта резьбовых соединений необходимо согласно требованиям Норм [15] прежде всего определить такой спектр эксплуатационного нагружения для данного элемента соединения, который давал бы максимальные накопленные повреждения и, соответственно, минимальную долговечность.
7	В связи с этим анализ и расчёты в статье проводятся для ряда расчётных случаев с целью формирования спектра нагружения, дающего максимальную повреждаемость, и предназначенного для последующего расчёта циклической прочности и долговечности шпилечного соединения М 170 реактора ВВЭР 1000 (рис. 1) в наиболее опасной зоне соединения с гайкой (в точке 1 в первом витке верхнего сечения шпильки под гайкой) (рис 2.).
8	Подпись к рисунку/медиа Рис. 1. Общий вид реактора ВВЭР-1000 Рис. 1. Общий вид реактора ВВЭР-1000
9	Подпись к рисунку/медиа Рис. 2. Схема расположения точек измерения температур (Т1, Т3) и напряжений (1,2,3,4) в наиболее опасных точках в верхнем (у гайки) и нижнем (у фланца) сечениях шпильки Рис. 2. Схема расположения точек измерения температур (Т1, Т3) и напряжений (1,2,3,4) в наиболее опасных точках в верхнем (у гайки) и нижнем (у фланца) сечениях шпильки
10	С этой целью для расчётов использовалась полученная методом натурной тензометрии и термометрии (ОКБ «Гидропресс», ИМАШ РАН) действительная эксплуатационная нагруженность шпилек (напряжения, деформации и температуры) в двух наиболее опасных концевых сечениях (в данном случае на уровне первого витка зацепления в гайке).

Всего подписок: 0, всего просмотров: 1235

Оценка читателей: голосов 0

1. Махутов Н.А., Воробьёв А.З., Гаденин М.М., Зацаринный В.В. и др. Прочность конструкций при малоцикловом нагружении.. Под ред. Н.А.Махутова, А.Н.Романова. М.: Наука. 1983. -271 с.

2. Махутов Н.А.Деформационные критерии разрушения и расчёт элементов конструкций на прочность.-М.: Машиностроение, 1981.-272 с.

3. Махутов Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность. В двух частях. Новосибирск: Наука. 2005. Часть 1: Критерии прочности и ресурса - 494 с. Часть 2: Обоснование ресурса и безопасности - 610 с.

4. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. М.: Машиностроение, 1990. - 368 с.

5. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчёт на прочность деталей машин. М.:Машиностроение, 1979. - 702 с.

6. Биргер H.A.. Иосилевич Г.Б. Резьбовые соединения. М.: Машиностроение, 1973. -256 с.

7. Махутов Н.А. Прочность и безопасность: Фундаментальные и прикладные исследования/Н.А.Махутов.- Новосибирск: Наука, 2008.-528 с.

8. Махутов Н.А., Фролов К.В., Зацаринный В.В., Каган В.А. др. Прочность и ресурс водо-водяных энергетических реакторов/ Под. ред А.Н.Романова. М.: Наука, 1988, -311с.

9. Махутов Н.А. и др. Проблемы прочности и безопасности водо-водяных энергетических реакторов/Под ред. Махутова Н.А., Гаденина М.М.-М.:Наука,2008.-446.

10. Романов А.Н. Сопротивление деформированию конструкционных металлических материалов при циклическом нагружении / Проблемы машиностроения и надёжности машин. 2012, №4. С.41 – 48.

11. Махутов Н.А., Петреня Ю.К., Гаденин М.М., Иванов С.В. Факторы оценки напряжённых состояний, прочности и ресурса ответственных резьбовых соединений. Заводская лаборатория. Диагностика материалов .2014, Том 80. №7. С.44-54.

12. Махутов Н.А. Проблемы диагностики резьбовых соединений с учётом механических свойств материалов. . Заводская лаборатория. Диагностика материалов 2014, Том 80. №7. С.40-44.

13. Махутов Н.А., Зацаринный В.В. Расчётно-экспериментальная оценка прочности и ресурса резьбовых соединений с учётом упругопластических деформаций//Проблемы машиностроения и надёжности машин, 2015, № 1, С. 30-39.

14. Махутов Н.А., Зацаринный В.В. Эффекты упругопластического деформирования и ползучести в резьбовых соединениях. Заводская лаборатория. Диагностика материалов .2015. Том 81. №9. С.54-59.

15. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПНАЭ Г-7-002-86 - Правила и нормы в атомной энергетике). М.: Энергоатомиздат. 1989. -525 с.

Анализ спектров эксплуатационного нагружения и накопленных повреждений в резьбовых соединениях

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ