Расчет на малоцикловую прочность

9.6 (9.3). Расчет металлических конструкций на малоцикловую прочность ведется на переменные усилия при наличии спектра эксплуатационных нагрузок и распространяется на металлические конструкции, эксплуатирующиеся при пониженных (до минус 40 °С), нормальных и повышенных (до 250 °С) температурах.

9.7 (9.3). Срок эксплуатации металлических конструкций и спектр действующих эксплуатационных нагрузок должны быть заданы при их проектировании. Примеры спектра переменных нагрузок приведены в табл. 40 (газгольдеры аэродинамических труб) при коэффициенте асимметрии = 0.

Таблица 40

Дамские, % от	Число нагружений	Частота нагружений, %
		0,01
		0,1
		1,5
		4,4
		4,5
		89,5
Итого:	N = 2×10^4	100,0

Для воздухонагревателей доменных печей цикл изменения внутреннего давления от 0 до остается постоянным и за 20 лет эксплуатации составляет 5×10⁴.

Магистральные газо- и нефтепроводы за 20 лет эксплуатации испытывают 7×10³ циклов с изменением давления от 0 до .

9.8 (93). Проверка малоцикловой прочности основного металла элементов или соединений на сварке, болтах или штырях для 5×10⁵ циклов производится по формуле

, (61)

где N_b = 5×10⁵ - базовое число циклов нагружения при расчете на малоцикловую прочность;

N - малоцикловая долговечность элемента металлической конструкции (при N = N_b, данный расчет и расчет на выносливость по СНиП П-23-81* совпадают);

т, т_о - параметры, характеризующие угол наклона кривой малоцикловой усталости; т = т_ос; т_о - принимается по табл. 41;

с - коэффициент, принимаемый по табл. 42.

Таблица 41

Нормативное временное сопротивление стали Run, МПа (кгс/см^2)	До 390 (4000)	Св. 390 (4000) до 450 (4600)	Св. 450 (4600) до 490 (5000)	Св. 490 (5000) до 540 (5500)	Св. 540 (5500) до 590 (6000)	Св. 590 (6000)
Параметр то	0,16	0,18	0,20	0,22	0,24	0,26

Таблица 42

Группа элементов по СНиП II-23-81*
Коэффициент с	1,0	0,90	0,80	0,75	0,72	0,68	0,65	0,62

Остальные обозначения принимаются по п. 9.2* СНиП II-23-81*.

При N = N_b = 5×10⁵ для 1- и 2-й групп элементов a = 1,52, для 3-8-й групп элементов a = 1,85. При расчетах на малоцикловую прочность по формуле (61) значение произведения не должно превышать .

Пример расчета. Необходимо рассчитать на малоцикловую прочность горизонтальный газгольдер вместимостью 178 м³, наружным диаметром d = 3250 мм, длиной 23 м. Газгольдер изготовлен из листовой стали Ст3 [ s_b = 450 МПа (4600 кгс/см²)] толщиной стенки в цилиндрической части t = 16 мм, сферических днищ - 10 мм. Газгольдер нагружается пульсирующим давлением до 11 ати с эксплуатационным числом циклов 4×10⁴. Эксплуатация газгольдера производится при нормальной температуре.

Для проверочного расчета выбраны два вида сварного соединения:

первый вид - основной металл над шпангоутом (7-я группа соединений по СНиП II-23-81*). При рабочем давлении 11 ати нормальное напряжение в основном металле s_max = 110 МПа (в направлении, перпендикулярном шпангоуту).

По СНиП II-23-81* определяется сопротивление усталости R_nv при N = N_b = 5×10⁵ циклов. Для этого вычисляются коэффициенты a и :

;

;

R_v = 3,6 МПа (370 кгс/см²), табл. 32 СНиП II-23-81*.

Таким образом, при N = N_b = 5×10⁵ циклов R_nv = R_v a = 36 × 1,85 × 1,67 = 111 МПа(1130 кгс/см²).

Далее определяется параметр т:

т = т_ос.

Параметр т_о для данной стали равен 0,18, а коэффициент с для 7-й группы соединений соответствует 0,65, т.е. т = т_ос = 0,117.

Определяется сопротивление усталости при эксплуатационном числе циклов нагружений N = 4 × 10⁴:

Следовательно, сопротивляемость малоцикловому разрушению обеспечена: 110 < 149;

второй вид - кольцевой сварной шов на сферической поверхности (5-я группа соединений). В рассчитываемом элементе при внутреннем давлении, равном 11 ати, нормальные напряжения s_max = 110 МПа (1120 кгс/см²).

В этом случае R_v = 60 МПа (610 кгс/см²) - табл. 32 СНиП II-23-81*.

Таким образом, при N = N_b = 5×10⁵ циклов параметр т = т_ос с учетом коэффициента с = 0,72 для 5-й группы соединений (см. табл. 42) будет равен 0,13.

Сопротивление усталости при эксплуатационном числе циклов нагружений N = 4 × 10⁴ равно:

Сопротивляемость малоцикловому разрушению обеспечена: 110 < 256.

Дата добавления: 2014-12-26