Разработка методики оценки остаточного ресурса трубопроводов и резервуаров, работающих в условиях Крайнего Севера тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

4856698

На правах рукописи

ИВАНОВ Александр Русланович

Л уи

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТРУБОПРОВОДОВ И РЕЗЕРВУАРОВ, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ

КРАЙНЕГО СЕВЕРА

01.02.06 - «Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 6 ОКТ 2011

Новосибирск-2011

4856698

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институт физико-технических проблем Севера имени В.П. Ларионова Сибирского отделения Российской академии наук

Научные руководители: доктор технических наук

Лыглаев Александр Васильевич

доктор технических наук Большаков Александр Михайлович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Корнев Владимир Михайлович

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторско-технологическое бюро «Наука» Красноярского научного центра СО РАН, г.Красноярск

Защита состоится «24» октября 2011 г. в 16:00 часов на заседании диссертационного совета Д 003.054.02 в Институте гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН по адресу: 630090, Новосибирск, пр. Лаврентьева, 15 телефон: (383)333-16-12, фдасс:(383)333-16-12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН

кандидат технических наук, доцент Афонская Галина Петровна

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Интенсивное развитие газовой и нефтяной промышленности в Дальневосточном федеральном округе Российской Федерации требует обеспечения бесперебойной транспортировки и переработки газонефтепродуктов с использованием трубопроводного транспорта большого диаметра и резервуаров для хранения нефтепродуктов. Возрастающее потребление газонефтепродуктов привело к необходимости увеличения рабочих параметров магистральных газопроводов, что, в свою очередь, обуславливает повышение требований к прочности и трещиностойкости трубных сталей и их сварных соединений. К настоящему времени магистральные газопроводы и резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов Республики Саха (Якутия) практически выработали свой проектный ресурс. Как известно, при длительной эксплуатации происходит деградация металла трубопроводов и резервуаров, приводящая к существенному изменению его эксплуатационных свойств, в частности, к снижению показателей сопротивления распространению трещин (ударной вязкости, характеристик трещиностойкости и др.). В связи с этим особенную актуальность приобретает проблема оценки предельного состояния (остаточного ресурса) металлоконструкций для принятия решения о продлении срока функционирования, проведении частичного или капитального ремонта или же о прекращении эксплуатации.

Экспериментальные и теоретические аспекты проблемы оценки предельного состояния материалов и конструкций изучались в работах H.A. Махутова, C.B. Серенсена, В.П. Ларионова, Н.П. Алешина, A.B. Лыглаева, В.В. Панасюка, Е.М. Морозова, Ю.Г. Матвиенко, В.В. Москвичева, А.Я. Красовского, В.Н. Красико, В.Н. Пермякова, Ю.И. Егорова, A.A. Griffith и др. Прогнозирование достижения предельного состояния конструкции осуществляется посредством комплексного расчетно-экспериментального определения конструкционной прочности. При этом методы оценки предельного состояния материалов дополняются методами расчетов в соответствии с моделями теории поврежденное™, учитывающими изменение свойств и уровень поврежденности материалов, условий нагружения и работы объектов и др. Необходимость совместного учета изменения как эксплуатационных параметров системы, так и механических характеристик материала, вызванного накоплением поврежденности, существенно усложняет задачу определения предельного состояния конструкций. В частности, прогнозирование остаточного ресурса большинства магистральных трубопроводов и резервуаров большой емкости требует привлечения результатов вибродиагностики, дефектоскопического и неразрушающего контроля и т.д.

Целью диссертационной работы является разработка методики расчета остаточного ресурса металлоконструкций, позволяющей учитывать как условия их эксплуатации, так и происходящие при этом изменения структуры и свойств металла.

При разработке методики исходили из положения, что предельное состояние металлоконструкции достигается при исчерпании материалом ресурса пластичности, а основными причинами потери способности конструкционных сталей пластически деформироваться является достижение температуры вязко-хрупкого перехода и/или критического уровня поврежденности.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка и реализация методики экспериментального исследования накопления поврежденности в конструкционных сталях.

2. Экспериментальная оценка потери пластичности конструкционных сталей при понижении температуры и испытаниях на малоцикловую усталость.

3. Установление корреляционных зависимостей между характеристиками потери пластичности и твердости материала.

4. Определение остаточного ресурса металлоконструкций по изменению характеристик потери пластичности металла.

Научная новизна:

1. Экспериментально установлены закономерности снижения пластичности конструкционных сталей в зависимости от накопленной поврежденности и влияния низких температур.

2. В качестве критерия достижения предельного состояния материала предложен критерий пластичности, а показателя степени деградации при длительной эксплуатации - ресурс пластичности материала.

3. Разработан способ оценки остаточного ресурса металлоконструкций с использованием неразрушающего метода контроля.

На защиту выносятся следующие основные научные результаты:

1. Методика экспериментального исследования накопления поврежденности в конструкционных сталях, основанная на имитационных циклических испытаниях.

2. Установление закономерностей снижения пластичности путем построения предельных кривых потери пластичности.

3. Введение и обоснование коэффициента потери пластичности (КПП) как показателя степени деградации материала при длительной эксплуатации.

4. Разработка способа оценки остаточного ресурса металлоконструкций, основанная на корреляционной зависимости между ресурсом пластичности и твердостью материала.

Практическая ценность:

Создание методики расчета остаточного ресурса металлоконструкций в процессе эксплуатации, позволяющей на объекте, находящемся под нагрузкой, оценить степень снижения пластичности металла путем проведения замеров методами неразрушающего контроля.

Внедрение результатов исследования.

Результаты исследования использовались для расчетов и оценки остаточного ресурса технических устройств (газопроводы, резервуары и оборудование нефтяной и газовой промышленности) опасных производственных объектов, подконтрольных Ростехнадзору при подготовке заключений экспертиз промышленной безопасности.

Внедрение результатов исследований осуществлено в экспертной организации Ростехнадзора ЗАО НПП «ФизтехЭРА», производственных организациях ОАО «Сахатранснефтегаз», ОАО «Саханефтегазсбыт» и др.

Достоверность и обоснованность научных результатов работы обеспечивается использованием широко апробированных и высокоточных методов испытаний, сертифицированных средств измерений и испытательного оборудования, сопоставлением полученных результатов с опубликованными данными других авторов, практическим использованием результатов диссертационной работы при расчете остаточного ресурса технических устройств.

Личный вклад автора заключается в разработке и реализации методики оценки предельного состояния конструкционных материалов, исследовании закономерностей разрушения конструкционных материалов в зависимости от накопленной поврежденности и влияния низких температур, анализе, обобщении и внедрении экспериментальных результатов. В работах по проведению испытаний участвовали сотрудники лабораторий ИФТПС СО РАН, при проведении экспертиз промышленной безопасности резервуаров и магистральных газопроводов принимали участие сотрудники ЗАО НПП «ФизтехЭРА», которым автор выражает глубокую благодарность за оказанную помощь. Экспериментально установлены закономерности снижения пластичности конструкционных сталей.

Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на IX Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (г.Красноярск, 2003 г.); научно-производственном форуме «Экологические проблемы и техногенная безопасность строительства, эксплуатации и реконструкции газопроводов. Новые материалы и технологии» (г.Томск, 2005 г.); XIII, XIV международных научно-технических конференциях «Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов и конструкций» (г.Санкт-Петербург, 2007, 2008 г.); I, II, III, IV, V Евразийских симпозиумах по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата (г.Якутск, 2002, 2004, 2006, 2008 и 2010 г.г.). Получен

патент №2382351 от 20.02.2010 г. «Способ оценки потери пластичности по изменению микротвердости конструкционной стали» (per. № 2008116017 от 22.04.2008)/ Иванов А.Р., Большаков A.M.).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 36 научных работ, в том числе 6 статей в рецензируемых журналах.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов. Основное содержание и выводы изложены на 136 страницах машинописного текста. Диссертация содержит 50 рисунков и 12 таблиц. Список литературы включает 99 ссылок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность рассматриваемой проблемы, сформулированы цели и задачи работы, ее научная новизна и практическая значимость, приведены выносимые на защиту положения.

В первой главе содержится обзор литературных данных по предельным состояниям и деформационным критериям. Рассмотрены модели накопления повреждений, используемые при оценке долговечности и анализ видов расчетов остаточного ресурса трубопроводов и резервуаров.

Анализ литературы по проблеме оценки предельных состояний, которая подробно рассмотрена в работах H.A. Махутова, В.В. Москвичева,

A.B. Лыглаева, В.Н. Пермякова, показывает, что способы оценки подразделяются на два вида: по потере несущей способности или непригодности к эксплуатации и по непригодности к нормальной эксплуатации (осуществляется в соответствии с условиями, предусмотренными в нормах или заданиях на проектирование).

Большой пласт теоретических и экспериментальных исследований в области деформационных критериев, рассмотренный в работах H.A. Махутова,

B.П. Ларионова, В.В. Панасюка, C.B. Серенсена, А.Ю. Жилюкаса, А.Я. Красовского, показывает, что для оценки прочности и ресурса в упругопластической области необходима разработка методов расчета кинетики местных деформаций и деформационных критериев разрушения. Проблемы несущей способности, долговечности, надежности и диагностики предельного состояния металлоконструкций становятся все актуальнее, что связано, прежде всего, с развитием нефтяной и газовой промышленности: вводом новых магистральных газопроводов и резервуаров, их эффективным использованием и эксплуатацией в сложных климатических условиях. Острую значимость приобретает вопрос диагностики предельного состояния, которая позволила бы принимать меры по эксплуатации: продление сроков функционирования, проведение частичного, капитального ремонтов или полное прекращение эксплуатации. Современное состояние парка резервуаров

и магистральных газопроводов, действующих в Республике Саха (Якутия) с шестидесятых-семидесятых годов, характеризуется тем, что эти объекты исчерпали свой проектный ресурс. Данные статистики свидетельствуют о том, что более 60 % металлоконструкций имеют сроки эксплуатации свыше 30 лет.

При использовании металлоконструкций под действием эксплуатационных факторов происходит деградация металла труб и резервуаров, приводящая к ухудшению его механических свойств. Экспериментально доказано, что уменьшение сопротивления хрупким разрушениям металла проявляется преимущественно через снижение характеристик вязкости разрушения.

Основанием для диагностики предельного состояния металла трубопровода или резервуара в процессе их эксплуатации является выявление дефектов основного металла и их сварных соединений с помощью аппаратов и приборов технической диагностики. Следует отметить, что оценка опасности выявленных дефектов требует знания реальных механических характеристик металла трубы или резервуара, существенно изменившихся за текущий период эксплуатации. Следовательно, диагностика предельного состояния металла и соответствующего изменения его механических свойств является одним из двух составных элементов общей системы диагностики металла магистральных газопроводов и резервуаров в процессе эксплуатации.

На сегодняшний день практически не существует надежных, практически применяемых, неразрушающих методов экспериментального определения реальных механических свойств материала конструкции непосредственно в процессе эксплуатации объекта, находящегося под нагрузкой. Существующие методы основаны на измерении физических характеристик, изменяющихся в зависимости от состояния металла трубы или на анализе изменения микроструктуры металла. Такие методы качественно оценивают степень деградации металла и основаны на использовании разрушающих методов анализа, характеризуются сложностью применения и не позволяют получить количественные значения реальных механических характеристик в полевых условиях.

Повышение эксплуатационных нагрузок и снижение запасов прочности приводят к тому, что расчеты сопротивления статическому и циклическому разрушению должны осуществляться не в напряжениях, как это традиционно имели место, а в деформациях. Это связано с тем, что в неупругой области небольшим изменениям номинальных напряжений соответствуют еще меньшие изменения максимальных напряжений в перенапрягаемых зонах и существенные изменения местных деформаций.

Деформационные критерии статического, малоциклового и хрупкого разрушения являются основой для расчетов прочности и ресурса высоконагруженных несущих элементов машин и конструкций.

Вышеприведенный анализ современного состояния проблемы явился обоснованием для постановки цели и задач диссертационной работы.

Во второй главе проведен анализ масштабных разрушений крупногабаритных технических устройств (магистрального газопровода и резервуаров для нефти и нефтепродуктов), эксплуатировавшихся в Республике Саха (Якутия).

Общую картину последовательности разрушений газопроводов и резервуаров можно представить в следующем виде: в результате циклических температурных напряжений и колебания рабочего давления за время эксплуатации трубопровода или резервуара около монтажных и конструкционных дефектов накапливаются повреждения, которые служат инициаторами трещиноподобных дефектов, и при достижении критического размера происходит хрупкое или квазихрупкое распространение трещин по механизму отрыва, на местах искривления траектории и остановки трещины переходящим к вязкому разрушению по механизму среза (рис.1).

При этом исследования механических свойств материалов показывают существенное снижение пластических свойств и характеристик ударной вязкости, а также значительное повышение показателей твердости материала за время эксплуатации.

а) Участок магистрального газопровода б) Резервуар РВС-700 №49

Рис. 1. Разрушения технических устройств

Таким образом, анализ разрушений и повреждений крупногабаритных технических устройств при длительной эксплуатации в условиях Крайнего Севера показал, что одной из основных причин катастрофических хрупких разрушений многофрагментарного типа является исчерпание несущей способности конструкции, выражающейся в потере пластичности материала в результате воздействия различных факторов, в том числе низких температур.

В третьей главе приведена методика проведения испытаний гладких образцов (материалы - Ст15 и 09Г2С) на малоцикловую усталость (имитация накопления поврежденности) с последующим растяжением до разрушения (рис. 2, а) и анализ результатов испытаний образцов на трещиностойкость (материал-16Г2САФ, типы образцов III и IV) (рис. 2, б).

О. Иг

Рис.2. Диаграммы деформирования образцов с различными уровнями накопленной поврежденности и при низких температурах

На основании полученных результатов были построены предельные кривые потери пластичности от влияний накопленной поврежденности и

м,

а) б)

Рис. 3. Предельные кривые потери пластичности в зависимости от накопленной поврежденности (а) (7У=100 циклов, 09Г2С) и под влиянием низких температур (б) (16Г2САФ) 9

Предельная кривая потери пластичности для гладких образцов описывается эмпирически полученным уравнением:

= 1 + (1) (Тт е

где а„ и >п - коэффициенты для конкретной конструкционной стали (для 09Г2С: а„ = 0,3, т=4; для Ст15: «„=0,8; т=2).

Предельная кривая потери пластичности для образцов с трещиной описывается эмпирически полученным уравнением:

А... /оч

= \ + ) (2)

где а и п - коэффициенты для конкретной конструкционной стали.

Анализ результатов испытаний образцов с трещиной при низких температурах и испытаний гладких образцов на малоцикловую усталость показали, что с понижением температуры испытаний и накоплением поврежденности приводят к уменьшению значений Аер и АЬР т.е. происходит потеря пластичности материала.

На основании проведенных исследований разработана методика построения предельных кривых потери пластичности конструкционных материалов для образцов с трещиной и гладких образцов (рис. 4).

Рис. 4. Схема построения предельных кривых потери пластичности конструкционных материалов для образцов с трещиной и гладких образцов

Четвертая глава посвящена оценке предельного состояния путем корреляции механических характеристик металла с замерами твердости. Проведены измерения микротвердости и твердости по Бриннелю гладких образцов (Ст15 и 09Г2С) после испытаний на малоцикловую усталость (имитация накопления поврежденности) с последующим растяжением до разрушения.

Из полученного эмпирическим путем уравнения, описывающего предельную кривую потери пластичности для гладких образцов, предложен

параметр:

я,„

Де„

(3)

характеризующийся как коэффициент потери пластичности (КПП), а условие:

Пт-+1 (4)

является критерием достижения предельного состояния.

По результатам измерений твердости построены корреляционные зависимости коэффициента потери пластичности и твердости металла (рис. 5). Видно, что твердость материала возрастает при увеличении коэффициента потери пластичности и приближается к максимальной критической величине Нкр при Пт —>-1, т.е. при достижении предельного состояния.

Таким образом, предельное состояние конструкционного материала определяется по критическому значению твердости Нкр при выполнении условия (4). Предложенный метод оценки предельного состояния конструкционного материала по корреляционной зависимости коэффициента потери пластичности с замерами твердости металла учитывает монтажно-эксплуатационные факторы, приводящие к потере пластичности материала конструкций.

а) б)

Рис. 5. Зависимости твердости и коэффициента потери пластичности для Ст15 (а) и 09Г2С (б)

В пятой главе проведена разработка методики оценки остаточного ресурса металлоконструкций типа магистральных газопроводов и резервуаров для хранения нефтепродуктов.

В данное время существуют следующие виды расчетов остаточного ресурса металлоконструкций: по коррозионному утонению стенки металла

трубы или резервуара; при действии изменяющихся напряжений при изгибе трубопровода в результате необратимых процессов просадки трубопровода производится по экспериментальным данным просадки и расчета аэкв; по изменению механических характеристик металла; по изменению ударной вязкости металла трубы; по оценке напряженно-деформированного состояния при наличии фронтальной коррозии металла трубы; по оценке локального напряженно-деформированного состояния в местах коррозионных язв (питтингов) металла трубы;

Одним из недостатков существующих методов расчета остаточного ресурса, является необходимость применения разрушающих методов и вырезки образцов для механических испытаний, и невозможность оперативной диагностики текущего состояния материала в полевых условиях.

На основе проведенных экспериментальных исследований и разработанной методики оценки предельного состояния, предложена методика оценки остаточного ресурса для конструкций типа магистральных газопроводов и резервуаров, по следующей схеме (рис.6):

- вычисляется допустимое (проектная величина) суммарное повреждение -потеря пластичности П„ за все время эксплуатации Тэ (лет);

- после фактических измерений твердости металла устанавливается потеря пластичности Пф\

- в течение назначенного срока определяется скорость увеличения суммарных повреждений - потери пластичности (от различных факторов) У„„ по формуле (5);

- определяется остаточный ресурс конструкции Тострес. по формуле (6).

Рис.6. Схема методики расчета остаточного ресурса металлоконструкции

С использованием разработанной методики оценки остаточного ресурса была проведена оценка остаточного ресурса магистрального газопровода Кысыл-Сыр-Мастах-Якутск на участке Берге-Якутск линейной части диаметром 530 мм и толщиной стенки 7 мм. Участок Берге-Якутск построен в 1968 году из труб стали марки 09Г2С Выксунского трубного завода, эксплуатируется 42 года. В соответствии с приведенной схемой, определим следующее:

1. Допустимое значение потери пластичности, исходя из анализа, примем равным Пи =0.8;

2. В течение 42 лет эксплуатации, твердость металла газопровода повысилась с 80НВ (в исходном состоянии) до 120НВ и составила потерю пластичности порядка Пф =0.6, а скорость потери пластичности за вес период эксплуатации в среднем составила V,,,, =0.008 в год;

3. При выполнении условий по данной схеме, исходя из оценки скорости потери пластичности за время эксплуатации, определяется время -10.5 лет (остаточный ресурс), до следующей оценки состояния газопровода, которое согласовывается с контролирующими и надзорными органами.

Для сравнительного анализа результатов предложенного метода оценки остаточного ресурса были проведены расчеты остаточного ресурса этого же магистрального газопровода различными методами согласно РД 12411-01. Таким образом, по результатам определения остаточного ресурса выяснено, что остаточный ресурс газопровода, вычисленный по предложенному методу, равен 10.5 годам, а остаточный ресурс, рассчитанный согласно РД 12-411-01 равен И и 12 годам. По рекомендациям научно-технической документации Ростехнадзора при оценке остаточного ресурса несколькими методами, выбирается минимально рассчитанный остаточный ресурс.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе анализа отказов и разрушений металлоконструкций, эксплуатирующихся в условиях Крайнего Севера, исследования закономерностей изменения механических свойств и характеристик трещиностойкости в процессе длительной эксплуатации, разработаны научно обоснованные подходы экспериментально-расчетной методики оценки остаточного ресурса с использованием предельной кривой потери пластичности для крупногабаритных металлоконструкций (магистральных газопроводов и резервуаров).

2. Получены зависимости предельных характеристик механических свойств с характеристиками пластичности металлов для гладких

образцов при накоплении поврежденности и зависимости характеристик трещиностойкости с пластическими свойствами раскрытия трещины для образцов с трещиной при воздействии низких температур, характеризующаяся как предельная кривая потери пластичности материалов. Разработана методика построения предельных кривых потери пластичности с понижением температуры для образцов с трещиной и с повышением уровня поврежденности для гладких образцов.

3. Разработана и реализована методика экспериментального исследования накопления поврежденности в конструкционных сталях, основанная на имитационных циклических испытаниях. Анализ результатов испытаний образцов с трещиной при низких температурах и испытаний гладких образцов на малоцикловую усталость показал, что с понижением температуры испытаний и накоплением поврежденности происходит потеря пластичности материала.

4. Предложен параметр, характеризующий снижение пластичности, в виде коэффициента потери пластичности материала, который показывает исчерпание пластической составляющей в упруго-пластическом деформировании вследствие воздействия различных эксплуатационных факторов.

5. Предложена методика оценки предельного состояния конструкционных сталей с использованием неразрушающего метода контроля, основанная на установлении корреляционной зависимости между коэффициентом потери пластичности и твердостью материала и позволяющая учитывать монтажно-эксплуатационные факторы, приводящие к разрушению металлоконструкций.

6. Многолетние исследования и анализ аварий и отказов магистральных газопроводов, резервуаров для хранения нефтепродуктов эксплуатирующихся в условиях Крайнего Севера позволили выявить, что одной из основных причин хрупких разрушений является исчерпание несущей способности конструкции, выражающейся в потере пластичности материала в результате воздействия различных факторов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Влияние температуры на предельное состояние образцов из конструкционных сталей / А.В Лыглаев, А.И. Левин, A.M. Большаков, А.Р. Иванов // Материалы I Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата: в 6 т., Якутск: ОИФТПС СО РАН, 2002. Т.5. - С.92-94.

2. Предельное состояние элементов конструкций при низких температурах/ A.B. Лыглаев, A.M. Большаков, А.Р. Иванов // Сборник трудов научно-технической конференции «Прочность материалов и конструкций при низких температурах»: Санкт-Петербург: СПбГУНиПТ, 2002. -С.91-95.

3. Влияние температуры на предельное состояние образцов из конструкционных сталей (тезис) / A.M. Большаков, А.Р. Иванов // Сборник трудов 13-й Зимней школы по механике сплошных сред. Пермь, 2003, С.54.

4. Влияние температуры на предельное состояние образцов из конструкционных сталей / A.M. Большаков, А.Р. Иванов // Сборник тезисов 9 Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых. Красноярск: издательство АСФ России, 2003. - С. 162.

5. Ресурс пластичности конструкционных сталей при низких температурах / A.B. Лыглаев, A.M. Большаков, А.Р. Иванов // Сборник трудов IX научно-технической конференции «Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов», Санкт-Петербург, 25 апреля 2003. - С.99-101.

6. Ресурс пластичности конструкционных сталей при низких температурах / A.B. Лыглаев, A.M. Большаков, А.Р. Иванов // Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф. Проблемы защиты населения и территории от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера: в 3 т. Т.2.: Тр.: научных конференций / Красноярск: ИВМ СО РАН , 2003.С.60-62.

7. Исследование причин аварий магистрального газопровода Бэргэ-Якутск / А.М.Большаков, Н.И. Голиков, А.Р. Иванов, A.A. Алексеев // Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф. Проблемы защиты населения и территории от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера: в 3 т. Т.2.: Тр.: научных конференций / Красноярск: ИВМ СО РАН , 2003. С. 62-68.

8. Исследование несущей способности участка магистрального газопровода Мастах-Бэргэ-Якутск / A.M. Большаков, Н.И. Голиков, А.Р. Иванов, A.A. Алексеев // Материалы республиканской научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительного и жилищно - коммунального комплексов Республики Саха (Якутия)», Якутск, 2004. - С.174-179.

9. Экспертиза промышленной безопасности газопровода «Промышленный-Берге» / A.A. Гилязов, A.M. Большаков, Н.И. Голиков, А.Р. Иванов, С.С. Синцов, Р.П. Тихонов, A.A. Алексеев, Л.Н. Татаринов // Материалы научно-производственного форума «Экологические проблемы и техногенная

безопасность строительства, эксплуатации и реконструкции газопроводов. Новые материалы и технологии», Томск, 1-4 марта 2005 г.

10. Результаты обследования технического состояния резервуаров эксплуатирующихся в условиях Крайнего Севера / A.M. Большаков, Н.И. Голиков, А.Р. Иванов, Р.П. Тихонов, A.A. Алексеев, Н.К. Макаров, Н.М. Литвинцев, Л.Н. Татаринов // Материалы научно-производственного форума «Экологические проблемы и техногенная безопасность строительства, эксплуатации и реконструкции газопроводов. Новые материалы и технологии», Томск, 1-4 марта 2005 г.

11. Исследование несущей способности стареющих магистральных газопроводов эксплуатирующихся в условиях Крайнего Север / A.A. Гилязов, А.М. Большаков, Н.И. Голиков, А.Р. Иванов, С.А. Синцов, Р.П. Тихонов, A.A. Алексеев, Л.Н. Татаринов // Газовая промышленность. -

2006.-№1. С. 38-39.

12. Результаты обследования технического состояния вертикальных резервуаров для хранения нефтепродуктов / Н.И. Голиков, A.M. Большаков, А.Р. Иванов, Н.М. Литвинцев, Р.П. Тихонов, A.A. Алексеев, Н.К. Макаров, Л.Н. Татаринов // Материалы региональной научно-производственной конференции «Наука - строительному комплексу Севера», Якутск, 5-6 апреля 2006 Г.-С.271.

13. Оценка ресурса пластичности конструкционных сталей / А.Р. Иванов, A.M. Большаков, А. В. Лыглаев // Деформация и разрушение материалов. -2007. №8, С.38-39.

14. Методика оценки ресурса пластичности конструкционных сталей/ А.Р. Иванов // Научно-практическая конференция аспирантов и молодых ученых «Эрэл», посвященная 50-летию СО РАН, 2007.

15. Методика оценки ресурса пластичности конструкционных сталей / A.B. Лыглаев, A.M. Большаков, А.Р. Иванов // XII научно-техническая конференция «Проблемы ресурса и безопасности эксплуатации материалов», посвященные 75-летию Солнцева Ю.П., 2007 г. Санкт-Петербург.

16. Методика оценки ресурса пластичности конструкционных сталей / A.B. Лыглаев, A.M. Большаков, А.Р. Иванов // П-я всероссийская конференция "Безопасность и живучесть технических систем", Красноярск, 8-12 октября,

2007, С.153-157.

17. Ресурс пластичности конструкционных сталей / A.B. Лыглаев, A.M. Большаков, А.Р. Иванов // Международная конференция «Южная Якутия -новый этап индустриального развития», г. Нерюнгри, 2007.

18. Экспертиза промышленной безопасности газопровода «Промышленный-Берге» / A.M. Большаков, Н.И. Голиков, А.Р. Иванов, A.A. Алексеев, Р.П. Тихонов // Научно-практическая конференция аспирантов и молодых ученых «Эрэл», посвященная 50-летию СО РАН, 2007 г.

19. Неравномерные осадки днищ вертикальных резервуаров, эксплуатирующихся в условиях Севера / Н.И. Голиков, A.M. Большаков,

А.Р. Иванов, A.A. Алексеев, Н.М. Литвпнцев, Р.П. Тихонов, Н.К. Макаров, JI.H. Татаринов // Безопасность труда в промышленности. -2008, №1, С.42-44.

20. Исследования на малоцикловую усталость как имитация накопления поврежденное™ гладких образцов из конструкционной стали / A.M. Большаков, А.Р. Иванов // XIV международная научно-техническая конференция «Проблемы ресурса и безопасности эксплуатации материалов», г. Санкт-Петербург, 28-29 октября 2008 г., С. 231-232.

21. Непроектные положения газопроводов проложенных подземным способом в районах вечномерзлых грунтов / A.M. Большаков, Н.И. Голиков, A.C. Сыромятникова, А.Р. Иванов, A.A. Алексеев, Р.П. Тихонов, Н.М. Литвинцев // Труды IV Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата: Часть 1. Физика и механика прочности материалов при низких температурах, надежность и ресурс конструкций. - Якутск 2008. - С.91-106.

22. Анализ катастрофического разрушения газопровода, выполненного из труб, изготовленных методом контактной сварки токами высокой частоты / A.M. Большаков, Н.И. Голиков, A.C. Сыромятникова, А.Р. Иванов, A.A. Алексеев, Н.М. Литвинцев, Р.П. Тихонов, Н.К. Макаров // Труды IV Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата: Часть 1. Физика и механика прочности материалов при низких температурах, надежность и ресурс конструкций. -Якутск 2008. -С.83-90.

23. Исследования на малоцикловую усталость как имитация накопления поврежденности гладких образцов из конструкционной стали / A.M. Большаков, А.Р. Иванов // Труды IV Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата: Часть 1. Физика и механика прочности материалов при низких температурах, надежность и ресурс конструкций. - Якутск 2008. - С. 144-146.

24. Расчетно-экспериментальный способ оценки потери пластичности по изменению микротвердости конструкционной стали / A.M. Большаков, А.Р. Иванов // Труды IV Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата: Часть 1. Физика и механика прочности материалов при низких температурах, надежность и ресурс конструкций. -Якутск 2008. - С. 147-156.

25. Ресурс пластичности конструкционных сталей / A.B. Лыглаев, A.M. Большаков, А.Р. Иванов // III-я всероссийская конференция "Безопасность и живучесть технических систем", Красноярск, 21-25 сентября 2009. - С.75-76.

26. Пластичность конструкционных сталей / A.M. Большаков, А.Р. Иванов // III-я всероссийская конференция "Безопасность и живучесть технических систем", Красноярск, 21-25 сентября 2009. - С.75-76.

27. Расчетно-экспериментальный способ оценки потери пластичности по изменению микротвердости конструкционной стали / A.M. Большаков, А.Р.

Иванов // IV Российская научно-техническая конференция «Ресурс и диагностика материалов и конструкций» Екатеринбург 2009, С. 162.

28. Оценка предельного состояния металлоконструкций, эксплуатирующихся в условиях Крайнего Севера / А.В. Лыглаев, А.М. Большаков, А.Р. Иванов // Заводская лаборатория - апрель №7-2009, С.44-47.

29. Испытания на малоцикловую усталость цилиндрических образцов, изготовленных из стали 09Г2С / А.М. Большаков, А.Р. Иванов // XV международная научно-техническая конференция «Проблемы ресурса и безопасности эксплуатации материалов»,г. Санкт-Петербург, 2009.

30. Способ оценки потери пластичности по изменению микротвердости конструкционной стали / А.Р. Иванов, А.М. Большаков // патент рег. № 2008116017 от 22.04,2008г.

31. Исследования на малоцикловую усталость как имитация накопления поврежденности гладких образцов из конструкционной стали / А.М. Большаков, А.Р. Иванов // XIV Международный научный симпозиум им. академика М.А.Усова студентов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр», 5-9 апреля 2010 г. - Томск: ИГНД ТПУ, 2010.

32. Исследование на малоцикловую усталость как имитация накопления поврежденности гладких образцов из конструкционной стали / А.М. Большаков, А.Р. Иванов // Международная научно-техническая конференция «Прочность материалов и конструкций при низких температурах» («Низкотемпературная прочность-2010»), - Киев, 2010.

33. Исследование на малоцикловую усталость как имитация накопления поврежденности гладких образцов из конструкционной стали / А.М. Большаков, А.Р. Иванов // VI Российская конференция "Механика микронеоднородных материалов и разрушение" - Екатеринбург: ИМАШ УрО РАН, 2010.

34. Расчеты остаточного ресурса магистральных газопроводов по изменению пластичности, ударной вязкости и коррозии / А.М. Большаков, А.Р. Иванов // Электронное издание ИФТПС СО РАН «V Евразийский симпозиум по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного KjiHMaTa=Eurastrencold-2010, г. Якутск, 30 мая - 5 июня 2010 г.» (№ гос. регистрации 0321001973 от 06.10.2010 г.).

35. Анализ катастрофического разрушения газопровода, выполненного из труб, изготовленных методом контактной сварки токами высокой частоты / А. М. Большаков, Н.И. Голиков, А.С. Сыромятникова, А.Р. Иванов, Н.М. Литвинцев, Р.П. Тихонов // Газовая промышленность. -2010.-№4.-С. 72-74.

36. Estimation of ultimate state of métal structures exploited in the environment of the extreme north / A.R. Ivanov, A.M. Bolshakov and A.V. Lyglaev // Inorganic materials - Volume 46, №14-2010, 1564-1566, DOI: 10.1134/S0020168510140177

Отпечатано в ООО «ПринтСервис» 677000, г.Якутск, пр.Ленина, 44, Заказ №36. Подписано в печать 14.09.2011. Формат 60x84 1/16. Гарнитура Тайме. Усл.печ.л. 1,0 пл.. Тираж 100 экз.

61 12-5/2637

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ СЕВЕРА ИМЕНИ В.П. ЛАРИОНОВА

На правах рукописи

ИВАНОВ Александр Русланович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТРУБОПРОВОДОВ И РЕЗЕРВУАРОВ, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

01.02.06 - «Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: доктор технических наук

А.В.Лыглаев

доктор технических наук А.М. Большаков

Якутск-2011

ВВЕДЕНИЕ 4

Глава 1. ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ, ДЕФОРМАЦИОННЫЕ КРИТЕРИИ, НАКОПЛЕНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ И ВИДЫ РАСЧЕТОВ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА 8

1.1. Обзор видов предельного состояния 8

1.2. Деформационные критерии 17

1.3. Накопление повреждений 29

1.4. Анализ видов расчетов остаточного ресурса трубопроводов и резервуаров 35

Глава 2. АНАЛИЗ МАСШТАБНЫХ РАЗРУШЕНИЙ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ В РЕСПУБЛИКЕ САХА (ЯКУТИЯ) 44

2.1. Повреждение резервуара РВС-700 №9 нефтебазы с. Хонуу ГУП «ЖКХ РС (Я)» 46

2.2. Разрушение резервуара РВС-700 №49 Амгинской нефтебазы ОАО «Саханефтегазсбыт» 51

2.3. Разрушение участка магистрального газопровода Ду530 Павловск-Майя при испытаниях 57

Глава 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРИ ПЛАСТИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 61

3.1. Испытания образцов с трещиной при низких температурах 61

3.2. Испытания гладких образцов 66

3.3. Построение предельных кривых потери пластичности. Коэффициент потери пластичности - КПП 75

Глава 4. ОЦЕНКА ПРЕДЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 85

4.1. Измерение твердости образцов из конструкционных материалов 85

4.2. Измерение микротвердости образцов из конструкционных материалов 87

4.3. Корреляция между коэффициентом потери пластичности и замерами микротвердости. Оценка предельного состояния 95

4.4. Измерение твердости по Бриннелю образцов из конструкционных материалов 98

4.5. Корреляция замеров твердости по Бриннелю и коэффициента потери пластичности. Оценка предельного состояния. 103

Глава 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА 107

5.1. Расчеты остаточного ресурса магистральных газопроводов и резервуаров 107

5.2. Методика оценки остаточного ресурса трубопровода и резервуара 119

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ 125

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОИ ЛИТЕРАТУРЫ 127

ВВЕДЕНИЕ

К настоящему времени магистральные газопроводы и резервуары Республики Саха (Якутия) практически выработали свой проектный ресурс. Как известно, длительная эксплуатация приводит к деградации металла труб, при этом повышается предел текучести, снижаются показатели пластичности (ударная вязкость, характеристики трещиностойкости и др.). В связи с этим особенную актуальность приобретает проблема оценки предельного состояния металлоконструкций для принятия решения о продлении срока эксплуатации, проведении частичного или капитального ремонта или же о прекращении эксплуатации.

Экспериментальные и теоретические аспекты этой проблемы изучались в работах C.B. Серенсена, H.A. Махутова, В.П. Ларионова, Н.П. Алешина, A.B. Лыглаева, В.В. Панасюка, Е.М. Морозова, Ю.Г. Матвиенко, В.В. Моск-вичева, А .Я. Красовского, В.Н. Красико, В.Н. Пермякова, Ю.И. Егорова, A.A. Griffith и др. Прогнозирование достижения предельного состояния конструкции осуществляется посредством комплексного расчетно-экспериментального определения конструкционной прочности. При этом детерминированные методы дополняются вероятностными расчетами в соответствии с моделями теории надежности механических систем, учитывающими изменение свойств и уровень поврежденности материалов, условий на-гружения и работы объектов и др. Необходимость совместного учета изменения эксплуатационных параметров системы и механических характеристик материала, сопровождающееся накоплением в них поврежденности, существенно усложняет задачу определения ее предельного состояния. В частности, прогнозирование остаточного ресурса большинства трубопроводов и больших резервуаров требует привлечения результатов вибродиагностики, дефектоскопического и неразрушающего контроля и т.д.

Целью работы является разработка методики расчета остаточного ресурса металлоконструкции, позволяющей учесть как условия эксплуатации,

так и изменения структуры и свойств металла, происходящие при ее длительной эксплуатации. При разработке методики исходили из положения, что предельное состояние металлоконструкции определяется по исчерпанию материалом ресурса пластичности, а основными причинами потери способности конструкционных сталей пластически деформироваться является достижение температуры вязко-хрупкого перехода и/или критического уровня по-врежденности.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка и реализация методики экспериментального исследования накопления поврежденности в конструкционных сталях.

2. Экспериментальная оценка потери пластичности конструкционных сталей при понижении температуры и испытаниях на малоцикловую усталость.

3. Установление корреляционных зависимостей между характеристиками потери пластичности и твердости материала.

4. Определение остаточного ресурса металлоконструкций по изменению характеристик потери пластичности металла.

Научная новизна:

• Экспериментально установлены закономерности снижения пластичности конструкционных сталей в зависимости от накопленной поврежденности и влияния низких температур.

• В качестве критерия достижения предельного состояния материала предложен критерий пластичности, а показателя степени деградации при длительной эксплуатации - ресурс пластичности материала.

• Разработан способ оценки остаточного ресурса металлоконструкций с использованием неразрушающего метода контроля.

На защиту выносятся следующие основные научные результаты:

1. Методика экспериментального исследования накопления поврежденности в конструкционных сталях, основанная на имитационных циклических испытаниях.

2. Установление закономерностей снижения пластичности путем построения предельных кривых потери пластичности.

3. Введение и обоснование коэффициента потери пластичности (КПП) как показателя степени деградации материала при длительной эксплуатации.

4. Разработка способа оценки остаточного ресурса металлоконструкций, основанная на корреляционной зависимости между ресурсом пластичности и твердостью материала.

Практическая ценность:

Создание методики расчета остаточного ресурса металлоконструкций в процессе эксплуатации, позволяющей на объекте, находящемся под нагрузкой, оценить степень снижения пластичности металла путем проведения замеров методами неразрушающего контроля. Внедрение результатов исследования.

Результаты исследования использовались для расчетов и оценки остаточного ресурса технических устройств (газопроводы, резервуары и оборудование нефтяной и газовой промышленности) опасных производственных объектов, подконтрольных Ростехнадзору при подготовке заключений экспертиз промышленной безопасности.

Внедрение результатов исследований осуществлено в экспертной организации Ростехнадзора ЗАО НПП «ФизтехЭРА», производственных организациях ОАО «Сахатранснефтегаз», ОАО «Саханефтегазсбыт» и др.

Достоверность и обоснованность научных результатов работы обеспечивается использованием широко апробированных и высокоточных методов испытаний, сертифицированных средств измерений и испытательного оборудования, сопоставлением полученных результатов с опубликованными данными других авторов, практическим использованием результатов диссертационной работы при расчете остаточного ресурса технических устройств.

Личный вклад автора заключается в разработке и реализации методики оценки предельного состояния конструкционных материалов, исследовании закономерностей разрушения конструкционных материалов в зависимости от накопленной поврежденности и влияния низких температур, анализе, обобщении и внедрении экспериментальных результатов. В работах по проведению испытаний участвовали сотрудники лабораторий ИФТПС СО РАН, при проведении экспертиз промышленной безопасности резервуаров и магистральных газопроводов принимали участие сотрудники ЗАО НЛП «ФизтехЭРА», которым автор выражает глубокую благодарность за оказанную помощь. Экспериментально установлены закономерности снижения пластичности конструкционных сталей.

Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на IX Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (г.Красноярск, 2003 г.); научно-производственном форуме «Экологические проблемы и техногенная безопасность строительства, эксплуатации и реконструкции газопроводов. Новые материалы и технологии» (г.Томск, 2005 г.); XIII, XIV международных научно-технических конференциях «Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов и конструкций» (г.Санкт-Петербург, 2007, 2008 г.); I, II, III, IV, V Евразийских симпозиумах по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата (г.Якутск, 2002, 2004, 2006, 2008 и 2010 г.г.). Получен патент №2382351 от 20.02.2010 г. «Способ оценки потери пластичности по изменению микротвердости конструкционной стали» (per. № 2008116017 от 22.04.2008)/Иванов А.Р., Большаков A.M.).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 36 научных работ, в том числе 6 статей в рецензируемых журналах. Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов. Основное содержание и выводы изложены на 136 страницах машинописного текста. Диссертация содержит 50 рисунков и 12 таблиц. Список литературы включает 99 ссылок.

Глава 1. ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ, ДЕФОРМАЦИОННЫЕ КРИТЕРИИ, НАКОПЛЕНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ И ВИДЫ РАСЧЕТОВ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА

1.1. ОБЗОР ВИДОВ ПРЕДЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ

Проблемы несущей способности, долговечности, надежности и диагностики предельного состояния металлоконструкций становятся все актуальнее, что связано, прежде всего, с развитием нефтяной и газовой промышленности: ввод новых магистральных газопроводов и резервуаров, их эффективное использование и эксплуатация в сложных климатических условиях. Острую значимость приобретает вопрос диагностики предельного состояния, которая позволила бы принимать меры по эксплуатации: продление сроков функционирования, проведение частичного капитального ремонтов, полное прекращение эксплуатации. Современное состояние парка резервуаров и магистральных газопроводов, действующих в Республике Саха (Якутия) с шестидесятых - семидесятых годов, характеризуются тем, что они исчерпали свой проектный ресурс. Данные статистики свидетельствуют о том, что более 60 % металлоконструкций имеют сроки эксплуатации свыше 30 лет.

При использовании металлоконструкций под действием эксплуатационных факторов происходит деградация металла труб, приводящая к ухудшению его механических свойств. Экспериментально изучено, что ухудшение механических свойств металла проявляется преимущественно через снижение характеристик вязкости разрушения - ударная вязкость металла труб магистрального газопровода 0 820 х 9 мм (при рабочем давлении 5,5 МПа) из стали марки 19Г за 30 лет эксплуатации снизилась на 40 % [4].

Основанием для диагностики предельного состояния металла трубопровода в процессе их эксплуатации является выявление дефектов металла труб и их сварных соединений с помощью аппаратов внутритрубной диагностики. Следует отметить, что оценка опасности выявленных дефектов требует знания реальных механических характеристик металла трубы, существен-

но изменившихся за текущий период эксплуатации. Следовательно, диагностика предельного состояния металла и соответствующего изменения его механических свойств является одним из двух составных элементов общей системы диагностики металла магистральных газопроводов и резервуаров в процессе эксплуатации.

На сегодняшний день не существует надежных, практически применяемых, неразрушающих методов экспериментального определения реальных механических свойств материала конструкции, непосредственно в процессе эксплуатации объекта, находящегося под нагрузкой. Существующие методы основаны на измерении физических характеристик, изменяющихся в зависимости от состояния металла трубы или на анализе изменения микроструктуры металла. Такие методы дают качественную оценку степени деградации металла и требуют использование сложной аппаратуры и специальной подготовки поверхности. Таким образом, характеризуются сложностью применения в полевых условиях и не позволяют получить количественные значения реальных механических характеристик. > !Ч 1

Предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно [79].

Критерий предельного состояния - признак или совокупность признаков предельного состояния объекта, установленные нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией.

В зависимости от условий эксплуатации для одного и того же объекта могут быть установлены два и более критериев предельного состояния. Переход объекта в предельное состояние влечет за собой временное или окончательное прекращение эксплуатации объекта. При достижении предельного состояния объект должен быть снят с эксплуатации, направлен в средний или капитальный ремонт, списан, уничтожен или передан для применения не по назначению. Если критерий предельного состояния установлен из соображений безопасности хранения и (или) транспортирования объ-

екта, то при наступлении предельного состояния хранение и (или) транспортирование объекта должно быть прекращено. В других случаях при наступлении предельного состояния должно быть прекращено применение объекта по назначению.

Для неремонтируемых объектов имеет место предельное состояние двух видов. Первый вид совпадает с неработоспособным состоянием. Второй вид предельного состояния обусловлен тем обстоятельством, что начиная с некоторого момента времени дальнейшая эксплуатация еще работоспособного объекта оказывается недопустимой в связи с опасностью или вредностью эксплуатации. Переход неремонтируемого объекта в предельное состояние второго вида происходит до потери объектом работоспособности.

Для ремонтируемых объектов выделяют два или более видов предельных состояний. Например, для двух видов предельных состояний требуется отправка объекта в средний или капитальный ремонт, т. е. временное прекращение применения объекта по назначению. Третий вид предельного состояния предполагает, окончательное прекращение применения объекта по назначению. Критерии предельного состояния каждого вида устанавливаются нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) и (или) эксплуатационной документацией.

Теоретический анализ литературы по проблеме предельных состояний позволил выделить их виды. Данный вопрос подробно рассматривался Моск-вичевым В.В. [79], предельные состояния подразделяются на 2 группы: 1) по потере несущей способности или непригодности к эксплуатации; 2) по непригодности к нормальной эксплуатации (осуществляется в соответствии с условиями, предусмотренными в нормах или заданиях на проектирование).

К предельным состояниям первой группы относятся:

- общая потеря устойчивости формы;

- потеря устойчивости положения;

- хрупкое, вязкое, усталостное или иного характера разрушения;

- разрушение под совместным воздействием силовых факторов и

неблагоприятных влияний внешней среды;

- качественное изменение конфигурации;

- резонансные колебания;

- состояния, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации в результате текучести материала, сдвигов в соединениях, ползучести или чрезмерного раскрытия трещины.

К предельным состояниям второй группы относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций или снижающие их долговечность вследствие появления недопустимых перемещений, колебаний, трещин [79].

Наступление предельных состояний первой группы анализируется и прогнозируется методами расчетно-экспериментального комплекса конструкционной прочности. При этом детерминированные методы дополняются вероятностными расчетами в соответствии с моделями теории надежности механических систем, учитывающих изменчивость характеристик механических свойств материалов, нагруженности, дефектности и других факторов. Кроме того, потеря несущей способности в большинстве случаев представляет собой кинетический процесс и развития повреждений, наиболее опасными из которых являются дефекты технологического происхождения и трещины усталости.

Необходимость учета