Допускаемое напряжение в стенке

ГОСТ Р 52857.1-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения» (ОАО НИИХИММАШ); Закрытым акционерным обществом «Петрохим Инжиниринг» (ЗАО Петрохим Инжиниринг); Открытым акционерным обществом «Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения» (ОАО ВНИИНЕФТЕМАШ); Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2007 г. № 503-ст

4 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих международных и европейских стандартов: Директивы 97/23 ЕС Европейского Парламента и Совета от 29 мая 1997 г. по сближению законодательств государств-членов, касающейся оборудования, работающего под давлением; ЕН 13445-3:2002 «Сосуды, работающие под давлением. Часть 3. Расчет » (EN 13445-3:2002 «Unfired pressure vessel — Part 3: Design»)

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Сосуды и аппараты

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

Общие требования

Vessels and apparatus. Norms and methods of strength calculation. General requirements

Дата введения — 2008-04-01

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает нормы и методы расчета на прочность сосудов и аппаратов из углеродистых и легированных сталей, цветных металлов (алюминия, меди, титана и их сплавов), применяемых в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и смежных отраслях промышленности, работающих в условиях однократных и многократных нагрузок под внутренним избыточным давлением, вакуумом или наружным давлением, под действием осевых и поперечных усилий и изгибающих моментов, инерционных нагрузок, а также устанавливает коэффициенты запаса прочности, допускаемых напряжений, модуля продольной упругости и коэффициентов прочности сварных швов. Нормы и методы расчета на прочность применимы, если свойства материалов, требования к конструкции, изготовлению и контролю отвечают требованиям ГОСТ Р 52630 и другим нормативным документам. Если отклонения от геометрической формы, неточности или качество изготовления отличаются от требований нормативных документов, то при расчете на прочность эти отступления должны быть учтены соответствующей корректировкой расчетных формул.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 51273-99 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение расчетных усилий для аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий

ГОСТ Р 52630-2006 Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия

ГОСТ Р 52857.2-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек

ГОСТ Р 52857.3-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер

ГОСТ Р 52857.4-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений

ГОСТ Р 52857.5-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок

ГОСТ Р 52857.6-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках

ГОСТ Р 52857.7-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Теплообменные аппараты

ГОСТ Р 52857.8-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты с рубашками

ГОСТ Р 52857.9-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение напряжений в местах пересечений штуцеров с обечайками и днищами при воздействии давления и внешних нагрузок на штуцер

ГОСТ Р 52857.10-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты, работающие с сероводородными средами

ГОСТ Р 52857.11-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Метод расчета на прочность обечаек и днищ с учетом смещения кромок сварных соединений, угловатости и некруглости обечаек

ГОСТ 19281-79 Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия

ГОСТ 5949-75 Сталь сортовая и калиброванная коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические требования

ГОСТ 25054-81 Поковки из коррозионно-стойких сталей и сплавов. Общие технические условия

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

— сумма прибавок к расчетным толщинам, мм;

— прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;

— прибавка для компенсации минусового допуска, мм;

— прибавка для компенсации утонения стенки при технологических операциях, мм;

Е

— модуль продольной упругости при расчетной температуре, МПа;

— коэффициент запаса прочности по временному сопротивлению (пределу прочности);

— коэффициент запаса по пределу текучести;

— коэффициент запаса по пределу длительной прочности;

— коэффициент запаса по пределу ползучести;

— коэффициент запаса устойчивости;

— коэффициент запаса по пределу прочности для алюминия, меди и их сплавов;

— коэффициент запаса по пределу прочности для титана и его сплавов;

— расчетное давление, МПа;

— минимальное значение предела текучести при расчетной температуре, МПа;

— минимальное значение предела текучести при температуре 20 °С, МПа;

— минимальное значение условного предела текучести при остаточном удлинении 0,2% при расчетной температуре, МПа;

— минимальное значение условного предела текучести при остаточном удлинении 0,2 % при температуре 20 °С, МПа;

— минимальное значение предела текучести при остаточном удлинении 1,0 % для расчетной температуры, МПа;

— минимальное значение предела текучести при остаточном удлинении 1,0 % для температуры 20 °С, МПа;

— минимальное значение временного сопротивления (предела прочности) при расчетной температуре, МПа;

— минимальное значение временного сопротивления (предела прочности) при температуре 20 °С, МПа;

— среднее значение предела длительной прочности за 10 n часов при расчетной температуре, МПа;

— средний 1 %-ный предел ползучести за 10 n часов при расчетной температуре, МПа;

— исполнительная толщина стенки элемента сосуда, мм;

— расчетная толщина стенки элемента сосуда, мм;

— расчетная температура стенки элемента сосуда, °С;

— коэффициент линейного расширения при температуре, 10 6 , °С -1 ;

— допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа;

-допускаемое напряжение при температуре 20 °С, МПа;

— коэффициент прочности сварных швов.

4 Общие положения

4.1 Расчет на прочность необходимо проводить для всех прогнозируемых состояний сосудов, возникающих во время их эксплуатации, испытания, транспортировки, монтажа. При этом следует учитывать все нагрузки и внешние факторы (температуру, коррозионные среды и т.п.), которые могут оказать влияние на прочность, и учитывать вероятность их одновременного воздействия.

В частности, необходимо учитывать следующие факторы:

— внутреннее / внешнее давление;

— температуры окружающей среды и рабочие температуры;

— статическое давление в рабочих условиях и условиях испытания, нагрузки от массы сосуда и содержимого в оборудовании;

— инерционные нагрузки при движении, остановках и колебаниях, нагрузки от ветровых и сейсмических воздействий;

— реактивные усилия (противодействия), которые передаются от опор, креплений, трубопроводов и т.д.;

— нагрузки от стесненности температурных деформаций;

— усталость при переменных нагрузках, коррозию и эрозию и т.д.

За правильность применения норм и методов расчета на прочность несет ответственность организация (предприятие или физическое лицо), выполнявшая соответствующие расчеты на прочность.

4.2 Методы расчета на прочность сосудов и аппаратов приведены в ГОСТ Р 52857.2- ГОСТ Р 52857.11 .

4.3 В основу методов расчета на прочность большинства элементов сосудов принят метод расчета по предельным нагрузкам. Для удобства расчета коэффициенты запаса прочности к предельным нагрузкам учитываются при определении допускаемых напряжений. Для отдельных элементов (например, фланцевых соединений) или условий нагружения, например при переменных нагрузках, расчет ведется по допускаемым напряжениям.

Допускаемые напряжения в этом случае определяются с учетом особенностей эксплуатации сосуда, опытных данных, характеристик материала.

При расчете на устойчивость допускаемые нагрузки определяют по нижним критическим напряжениям.

5 Расчетная температура

5.1 Расчетную температуру используют для определения физико-механических характеристик материала и допускаемых напряжений, а также при расчете на прочность с учетом температурных воздействий.

5.2 Расчетную температуру определяют на основании теплотехнических расчетов или результатов испытаний, или опыта эксплуатации аналогичных сосудов.

За расчетную температуру стенки сосуда или аппарата принимают наибольшую температуру стенки. При температуре ниже 20 °С за расчетную температуру при определении допускаемых напряжений принимают температуру 20 °С.

5.3 Если невозможно провести тепловые расчеты или измерения и если во время эксплуатации температура стенки повышается до температуры среды, соприкасающейся со стенкой, то за расчетную температуру следует принимать наибольшую температуру среды, но не ниже 20 °С.

При обогреве открытым пламенем, отработанными газами или электронагревателями расчетную температуру принимают равной температуре среды, увеличенной на 20 °С при закрытом обогреве и на 50 °С при прямом обогреве, если нет более точных данных.

5.4 Если сосуд или аппарат эксплуатируются при нескольких различных режимах нагружения или разные элементы аппарата работают в разных условиях, для каждого режима можно определить свою расчетную температуру.

6 Рабочее, расчетное и пробное давление

6.1 Под рабочим давлением для сосуда и аппарата следует понимать максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учета гидростатического давления среды и допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана или других предохранительных устройств.

6.2 Под расчетным давлением для элементов сосудов и аппаратов следует понимать давление, на которое проводят их расчет на прочность.

Расчетное давление для элементов сосуда или аппарата принимают, как правило, равным рабочему давлению или выше.

Расчетное давление должно учитывать:

— внутреннее / внешнее давление;

— гидростатическое давление от среды, содержащейся в сосуде;

— нестабильность перерабатываемых сред и технологического процесса;

— инерционные нагрузки при движении или сейсмических воздействиях.

Если на сосуде или подводящем трубопроводе к сосуду установлено устройство, ограничивающее давление, чтобы рабочее давление не превышало максимально допустимого рабочего давления, то при определении расчетного давления не учитывают кратковременное превышение рабочего давления в пределах 10 %.

Для элементов, разделяющих пространства с разными давлениями (например, в аппаратах с обогревающими рубашками), за расчетное давление следует принимать либо каждое давление в отдельности, либо давление, которое требует большей толщины стенки рассчитываемого элемента. Если обеспечивается одновременное действие давлений, то допускается проводить расчет на разность давлений. Разность давлений принимается в качестве расчетного давления также для таких элементов, которые отделяют пространства с внутренним избыточным давлением от пространства с абсолютным давлением, меньшим чем атмосферное. Если отсутствуют точные данные о разности между абсолютным давлением и атмосферным, то абсолютное давление принимают равным нулю.

6.3 Под пробным давлением в сосуде или аппарате следует понимать давление, при котором проводится испытание сосуда или аппарата.

6.4 Под расчетным давлением в условиях испытаний для элементов сосудов или аппаратов следует принимать давление, которому они подвергаются во время пробного испытания, включая гидростатическое давление.

7 Расчетные усилия и моменты

За расчетные усилия и моменты принимают действующие для соответствующего состояния нагружения (например, при эксплуатации, испытании или монтаже) усилия и моменты, возникающие в результате действия собственной массы, инерционных нагрузок, от присоединенных трубопроводов, сейсмической, ветровой, снеговой и других нагрузок.

8 Допускаемые напряжения, коэффициенты запаса прочности

8.1 Допускаемое напряжение [σ] при расчете по предельным нагрузкам сосудов, работающих при статических однократных нагрузках, вычисляют по формулам:

— для углеродистых, низколегированных, ферритных, аустенитно-ферритных, мартенситных сталей и сплавов на железноникелевой основе:

— для аустенитной хромоникелевой стали, алюминия, меди и их сплавов:

Предел ползучести используют для определения допускаемого напряжения в тех случаях, когда отсутствуют данные по пределу длительной прочности или по условиям эксплуатации необходимо ограничивать деформацию (перемещения).

При отсутствии данных об условном пределе текучести при 1 %-ном остаточном удлинении используют значение условного предела текучести при 0,2 %-ном остаточном удлинении.

При отсутствии данных о пределе текучести и длительной прочности допускаемое напряжение для алюминия, меди и их сплавов вычисляют по формуле

Допускаемые напряжения для титановых сплавов вычисляют по формуле

Для условий испытания сосудов из углеродистых, низколегированных, ферритных, аустенитно-ферритных мартенситных сталей и сплавов на железноникелевой основе допускаемое напряжение вычисляют по формуле

Для условий испытаний сосудов из аустенитных сталей, алюминия, меди и их сплавов допускаемое напряжение вычисляют по формуле

Если допускаемое напряжение для рабочих условий определяют по формуле (4), то для сосудов из алюминия, меди и их сплавов допускаемое напряжение для условий испытания вычисляют по формуле

Для условий испытаний сосудов из титановых сплавов допускаемое напряжение вычисляют по формуле

8.2 Коэффициенты запаса прочности должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 1.

Условия нагружения

Коэффициенты запаса прочности

сталей, алюминия, меди и их сплавов [формулы (1), (2), (5), (6)]

алюминия, меди и их сплавов [формулы (3), (7)]

Алюминиевых литейных сплавов [формулы (3), (7)]

титанового листового проката и прокатных труб [формулы (4), (8)]

титановых прутков и поковок [формулы (4), (8)]

* Для аустенитной xpo моникелевой стали, алюминия, меди и их сплавов (формула 2) п_в = 3,0.

Если допускаемое напряжение для аустенитных сталей вычисляют по условному пределу текучести, коэффициент запаса прочности n _т по условному пределу текучести R_p_0,2/ _t для рабочих условий допускается принимать равным 1,3.

8.3 Поправочный коэффициент η к допускаемым напряжениям должен быть равен единице, за исключением стальных отливок, для которых коэффициент η имеет следующие значения:

— 0,8 — для отливок, подвергающихся индивидуальному контролю неразрушающими методами:

— 0,7 — для остальных отливок.

8.4 Расчет на прочность цилиндрических обечаек и конических элементов, выпуклых и плоских днищ для условий испытания проводить не требуется, если расчетное давление в условиях испытания будет меньше, чем расчетное давление в рабочих условиях, умноженное на

8.5 Для материалов, широко используемых в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленностях, допускаемые напряжения для рабочих условий при η = 1 приведены в приложении А.

8.6 Допускаемые напряжения для материалов, не приведенных в приложении А, определяют согласно 8.1. Расчетные механические характеристики, необходимые для определения допускаемых напряжений, определяют при нормальной температуре по соответствующим стандартам или техническим условиям, а при повышенных температурах после проведения испытаний представительного количества образцов, обеспечивающих гарантированные значения прочностных характеристик материала.

8.7 Для стальных элементов сосудов и аппаратов, работающих в условиях ползучести при разных за весь период эксплуатации расчетных температурах, в качестве допускаемого напряжения разрешается принимать эквивалентное допускаемое напряжение [σ]_экв, вычисляемое по формуле

где [σ] _i = [σ]₁, [σ]₂, . , [σ]_п — допускаемое напряжение для расчетного срока эксплуатации при температурах t _i ( i = 1,2 . );

Т _i -длительность этапов эксплуатации элементов с температурой стенки соответственно t_i (i = 1,2. ), ч;

— общий расчетный срок эксплуатации, ч;

m — показатель степени в уравнениях длительной прочности стали (для легированных жаропрочных сталей рекомендуется принимать m = 8).

Этапы эксплуатации при разной температуре стенки рекомендуется принимать по интервалам температуры в 5 °С и 10 °С.

Определение эквивалентных напряжений по приведенной упрощенной методике рекомендуется принимать по интервалам температур не более 30 °С. При необходимости определения эквивалентных допускаемых напряжений для интервала температур более 30 °С следует использовать среднее значение показателя степени согласно данным экспериментальных исследований с базой испытаний не более 0,1 от ресурса, но не менее 10 4 ч.

8.8 Допускаемое напряжение для сосудов из двухслойных сталей вычисляют по формуле

где [σ]₁, [σ]₂ — допускаемые напряжения соответственно основного металла и коррозионно-стойкого слоя, определяемые по приложению А.

Учитывая допуск на толщину коррозионно-стойкого слоя при определении допускаемого напряжения по формуле (10), толщина коррозионно-стойкого слоя принимается минимальной, если [σ]₁ < [σ]₂. Если [σ]₁ > [σ]₂, то толщина коррозионно-стойкого слоя принимается максимальной.

Разрешается допускаемое напряжение определять по основному слою. В этом случае прибавка на коррозию принимается равной толщине коррозионно-стойкого слоя.

8.9 Для сосудов, работающих при многократных нагрузках, допускаемые напряжения определяются по ГОСТ Р 52857.5.

8.10 Для элементов сосудов, рассчитываемых не по предельным нагрузкам, а по допускаемым напряжениям, расчет проводят по условным упругим напряжениям.

σ_т — общие мембранные напряжения;

σ_mL — местные мембранные напряжения;

σ_и — общие изгибные напряжения;

σ_и _L — местные изгибные напряжения;

σ _t — общие температурные напряжения;

σ_tL — местные температурные напряжения.

Условия статической прочности выполняются, если

8.11 Расчетные механические характеристики материалов приведены в приложении Б.

9 Коэффициенты запаса устойчивости

Коэффициент запаса устойчивости п_у при расчете сосудов и аппаратов на устойчивость по нижним критическим напряжениям в пределах упругости следует принимать:

— 2,4 — для рабочих условий;

— 1,8 — для условий испытания и монтажа.

10 Модули продольной упругости и коэффициенты линейного расширения

10.1 Расчетные значения модулей продольной упругости приведены в приложении В.

10.2 Расчетные значения коэффициентов линейного расширения приведены в приложении Г.

11 Коэффициенты прочности сварных швов

При расчете на прочность сварных элементов сосудов допускаемые напряжения умножают на коэффициент прочности сварных швов φ.

Числовые значения этих коэффициентов приведены в приложении Д. Для бесшовных элементов сосудов φ = 1.

12 Прибавки к расчетным толщинам конструктивных элементов

12.1 При расчете сосудов и аппаратов необходимо учитывать прибавки с к расчетным толщинам элементов сосудов и аппаратов.

Исполнительную толщину стенки элемента сосуда вычисляют по формуле

s ≥ s_p + c, (12)

где s _p — расчетная толщина стенки элемента сосуда.

Прибавку к расчетным толщинам вычисляют по формуле

Если в расчете рассматривается несколько элементов, отличающихся материалами, способом изготовления или толщинами, то сумма прибавок к расчетным толщинам стенок определяется для каждого элемента в отдельности.

При поверочном расчете прибавку вычитают из значений исполнительной толщины стенки.

Если известна фактическая толщина стенки, то при поверочном расчете можно не учитывать с₂ и с₃.

12.2 Обоснование всех прибавок к расчетным толщинам должно быть приведено в технической документации.

12.3 Прибавка к расчетной толщине для компенсации коррозии (эрозии) назначается с учетом условий эксплуатации, расчетного срока службы, скорости коррозии (эрозии).

При двухстороннем контакте с коррозионной и (или) эрозионной средой прибавка с₁ должна быть соответственно увеличена.

12.4 Технологическая прибавка с₃ предусматривает компенсацию утонения стенки элемента сосуда при технологических операциях: вытяжке, штамповке, гибке труб и т.д. В зависимости от принятой технологии эту прибавку следует учитывать при разработке рабочих чертежей.

Прибавки с₂ и с₃ учитывают в тех случаях, когда их суммарное значение превышает 5 % номинальной толщины листа.

Технологическая прибавка не включает в себя округление расчетной толщины до стандартной толщины листа.

При расчете эллиптических днищ, изготовляемых штамповкой, технологическую прибавку для компенсации утонения в зоне отбортовки не учитывают, если ее значение не превышает 15 % исполнительной толщины листа.

Приложение А
(обязательное)

Допускаемое напряжение для рабочих условий

Таблица А.1 — Допускаемые напряжения для углеродистых и низколегированных сталей

Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С

Допускаемое напряжение [σ], МПа, для сталей марок

Расчет номинальных допустимых напряжений (ГОСТ 32388-2013). Калькулятор номинальных допустимых напряжений.

Расчеты труб и соединительных деталей на прочность проводят по номинальным допускаемым напряжениям [σ]. Номинальные допускаемые напряжения [σ] определяют по формулам: — для углеродистых, низколегированных, ферритных, аустенитно-ферритных, мартенситных сталей и сплавов на железоникелевой основе

— для аустенитной хромоникелевой стали, алюминия, меди и их сплавов

При определении допускаемых напряжений для низко- и среднетемпературных трубопроводов характеристики длительной прочности σ2*105/t и σ1/2*105/t При отсутствии данных об условном пределе текучести при 1%-ном остаточном удлинении допускается использовать значение условного предела текучести при 0,2%-ном остаточном удлинении σ0.2/t при этом допускается коэффициент запаса по σ0.2/t вместо 1,5 принимать равным 1,3. Допускаемые напряжения для титановых сплавов вычисляют по формуле

где коэффициент принимают: — для титанового листового проката и прокатных труб 2,6; — для титановых прутков и поковок 3,0. При отсутствии данных о пределе текучести и длительной прочности допускаемое напряжение для алюминия, меди и их сплавов вычисляют по формуле

Читайте также: Как начать использовать USB Type-C в своих разработках

где коэффициент принимают: — для алюминия, меди и их сплавов 3,5; — для алюминиевых литейных сплавов 7,0. Если допускаемое напряжение для рабочих условий определено по формуле (5.4), то для трубопроводов из алюминия, меди и их сплавов допускаемое напряжение при испытаниях вычисляют по формуле

где коэффициент принимают: — для алюминия, меди и их сплавов 1,8; — для алюминиевых литейных сплавов 3,5.

Нормативные значения рекомендуется принимать согласно справочной и научно-технической литературе.

Для стальных трубопроводов, работающих в условиях ползучести при разных расчетных температурах, за допускаемое напряжение разрешается принимать , вычисляемое по формуле

где , , …, — длительность периодов эксплуатации трубопровода с расчетной температурой стенки соответственно , , …, , ч; , , …, — номинальные допускаемые напряжения для расчетного срока эксплуатации при температурах соответственно , , …, , МПа; — показатель степени в уравнениях длительной прочности стали (для легированных жаропрочных сталей рекомендуется принимать 8); — общий расчетный срок эксплуатации, ч. Допускаемые напряжения принимают в интервалах температур не более 30°С. При необходимости определения эквивалентных допускаемых напряжений для интервала температур более 30°С следует использовать среднее значение показателя степени согласно экспериментальным данным с базой испытаний не более 0,1 от ресурса, но не менее 10 ч.

Для материалов и конструкций, которые в настоящем стандарте не указаны, используют справочные и экспериментальные данные.

kapus.ru

Предельным напряжением

считают напряжение, при котором в материале возникает опасное состояние (разрушение или опасная деформация).

Для пластичных

материалов предельным напряжением считают
предел текучести,
т.к. возникающие пластические деформации не исчезают после снятия нагрузки:

Для хрупких

материалов, где пластические деформации отсутствуют, а разрушение возникает по хрупкому типу (шейки не образуется), за предельное напряжение принимают
предел прочности:
«Тревога» отразилась в этом году в результате землетрясения в Нортридже, произошедшего в этой стране, потому что в большом количестве зданий эти соединения были разрушены хрупким образом, что связано с относительно небольшим архитектурным ущербом. Очевидно, что эти инженеры не ожидали такого поведения, но это именно то, что произошло, как мы показали, с трещиной, обычно начинающейся с полного стыкового соединения между нижней таблицей луча и столбом столбцов. Траектории разрушения изменялись, например, между только металлом сварного шва; только часть стола рядом с металлом сварного шва; все поперечное сечение колонны и т.д.

Для пластично-хрупких

материалов предельным напряжением считают напряжение, соответствующее максимальной деформации 0,2% (сто,2):

Допускаемое напряжение

Читайте также: Последовательное и параллельное соединение источников питания

— максимальное напряжение, при котором материал должен нормально работать.

Допускаемые напряжения получают по предельным с учетом запаса прочности:

Исследования показали, что ряд факторов способствовал тому, что сварные соединения по своей сути были хрупкими. Вероятно, среди наиболее важных модификаций конструкции, это делает сварные соединения более упругими, чем балки, которые они соединяют, как мы увидим ниже. Как следствие, в настоящее время существует консенсус в отношении того, что проверка структурной пластичности должна определяться количественно на том же уровне, что и прочность и жесткость.

Хотя признано, что структурный ущерб также возникает из-за деформаций, обычная практика проектирования конструкций для не сейсмических нагрузок учитывает только требования прочности и жесткости. Проверка стабильности, включая стабильность, связана с предельным предельным состоянием, гарантируя, что значение силы, развитое в структуре, остается в диапазоне упругих деформаций, или некоторые пластические деформации могут возникать в соответствии с конструктивными предположениями. В свою очередь, проверка жесткости обычно связана с предельным состоянием обслуживания, при этом смещения структуры остаются в допустимых пределах.

где [σ] — допускаемое напряжение; s

— коэффициент запаса прочности; [s] — допускаемый коэффициент запаса прочности.

В квадратных скобках принято обозначать допускаемое значение величины.

Допускаемый коэффициент запаса прочности

зависит от качества материала, условий работы детали, назначения детали, точности обработки и расчета и т. д.

Например, для гражданских стальных конструкций существует потребность в максимальных размерах толщины базовых металлов при определенных значениях энергии, поглощаемых при испытании на удар при разных температурах, и этот вопрос также включает вопрос о вероятности возникновения пластинчатой декоэзии — или разрыв напряжения, ортогональный плоскостям разрывов, которые могут существовать в толщине относительно толстых листов и которые не претерпели достаточной деформации путем прокатки.

Поэтому, хотя нормы или кодексы не предлагают объективных решений вопроса о пластичности, дизайнеры и исследователи разрабатывают альтернативные способы. Пластичность сварного соединения зависит от важности поведения всех компонентов и между колонной и балкой, она определяется деформацией сдвиговой пластики, дроблением панели или разрушением сварного шва. Существует несколько решений, и, по-видимому, тот, который мы показываем, является наиболее эффективным, при этом ширина таблиц луча уменьшается близко к соединению, и в этом месте происходит пластиковая коленная чашка, что также позволяет значительно уменьшить размеры колонны.

Он может колебаться от 1,25 для простых деталей до 12,5 для сложных деталей, работающих при переменных нагрузках в условиях ударов и вибраций.

Особенности поведения материалов при испытаниях на сжатие:

1. Пластичные материалы практически одинаково работают при растяжении и сжатии. Механические характеристики при растяжении и сжатии одинаковы.

Читайте также: Связь между длительностью импульса и шириной его спектра

С другой стороны, как мы показали, в сварных соединениях, подверженных экс, сварной шов может деформироваться во всем его растяжении; однако в тех суставах, где имеется экс, часть сварного шва в зоне сжатия не может деформироваться, поскольку существует прямая поддержка между свариваемыми листами. Это принципиальное различие между эксцентрическими нагрузками в плоскости и от плоскости было признано при выводе в формулировке предельного предельного состояния для сопротивления эксцентриковых сварных соединений и было принято с различными уровнями консерватизма по различным стандартам и кодам.

2. Хрупкие материалы обычно обладают большей прочностью при сжатии, чем при растяжении: σ вр

Если допускаемое напряжение при растяжении и сжатии различно, их обозначают [σ р ] (растяжение), [σ с ] (сжатие).

Расчеты на прочность при растяжении и сжатии

Расчеты на прочность ведутся по условиям прочности — неравенствам, выполнение которых гарантирует прочность детали при данных условиях.

Кроме того, как упоминалось в предыдущей статье, заметна разница в прочности металла шва при изменении угла между направлением сварного шва и нагрузкой — допустимое напряжение в поперечном сварном шве составляет примерно на 50% больше, чем в продольном. Примерно через 15 лет этот факт был подробно проанализирован и подтвержден. Обратите внимание, что, хотя поперечные соединения более устойчивы, они деформируются гораздо меньше и, следовательно, обладают значительно меньшей пластичностью. В этой статье мы попытаемся продемонстрировать необходимость как конструктора, так и инженера по сварке учитывать некоторые важные факты, касающиеся пластичности сварного соединения, особенно в определенных ситуациях, являющихся по своей сути менее подвижным участком конструкции.

Для обеспечения прочности расчетное напряжение не должно превышать допускаемого напряжения:

Расчетное напряжение а

зависит
от нагрузки и размеров
поперечного сечения, допускаемое только
от материала детали
и условий работы.

Существуют три вида расчета на прочность.

1.
Проектировочный расчет
— задана расчетная схема и нагрузки;
материал или размеры детали подбираются:
Кроме того, следует избегать проектов, которые приводят к чрезмерной жесткости, и соединения рассматриваются как неотъемлемая часть структурного анализа. Мы также стараемся подчеркнуть, что это не является достаточным для металлов основания и сварных швов, чтобы они соответствовали уровням вязкости и пластичности, требуемым стандартами и кодами. Эти специалисты могут не только удовлетвориться результатами этих испытаний, как мы решительно повторяем, они не адекватно представляют реальные ситуации, через которые проходят самые разнообразные сварные конструкции.

Определение размеров поперечного сечения:

по величине σ пред можно подобрать марку материала.

2. Проверочный расчет —

известны нагрузки, материал, размеры детали; необходимо
проверить, обеспечена ли прочность.
Проверяется неравенство

3. Определение нагрузочной способности

Таким образом, удовлетворительная конструкция может быть достигнута только в том случае, когда существует вид пластичности в результате подходящих комбинаций основания и металлов сварного шва компонентов и структуры в глобальном масштабе. Кроме того, мы кратко анализируем математические аспекты пластичности, пытаясь показать, что, по-видимому, очень четкие черты на самом деле являются частями неделимого целого.

Сортировка сварных швов: критический обзор. Новые парадигмы для спецификации паяного шва. Американский институт стального строительства. Сейсмическая конструкция железобетонных и кладочных зданий. Пластичность и сейсмический отклик. Общий отчет о местной пластичности.

Примеры решения задач

Прямой брус растянут силой 150 кН (рис. 22.6), материал — сталь σ т = 570 МПа, σ в = 720 МПа, запас прочности [s] = 1,5. Определить размеры поперечного сечения бруса.

1. Условие прочности:

2. Потребная площадь поперечного сечения определяется соотношением

Читайте также: Особенности реле времени с задержкой выключения на 220В

Механика механического разрушения. Структурный контроль: прошлое, настоящее и будущее. Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций — Часть 1-1: Общие правила и правила для зданий. Основы теории пластичности. Оптимизация конструкции конструкций конструкционных стальных элементов в соответствии с Еврокодом.

Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций — Часть 1-10: Твердость материала и свойства толщины. Спецификация для зданий из конструкционной стали. Сейсмические положения для зданий из конструкционной стали. Новый дизайн для сейсмических зон. Сварные соединения при комбинированном сдвиге и моменте.

3. Допускаемое напряжение для материала рассчитывается из заданных механических характеристик. Наличие предела текучести означает, что материал — пластичный.

4. Определяем величину потребной площади поперечного сечения бруса и подбираем размеры для двух случаев.

Прочность сварных швов в зависимости от направления нагрузки. Эксцентрично нагруженные сварные соединения. Конечная прочность сварных соединений с филе сваркой, загруженных в плоскость. Сила и поведение многозарядных сварных соединений филе. Отчет по структурной инженерии 225, Департамент гражданской и экологической инженерии, Университет Альберты.

Металлические материалы и изделия подвергают термической обработке в их получения, а на следующий обработку. Различают несколько видов термической обработки. Том, когда они должны достичь той же твердости по всей длине и поверхности, для улучшения свойств только поверхностного слоя для защиты от коррозии, извержений и других положительных качеств.

Сечение — круг, определяем диаметр.

Полученную величину округляем в большую сторону d =

25 мм, А = 4,91 см 2 .

Сечение — равнополочный уголок № 5 по ГОСТ 8509-86.

Ближайшая площадь поперечного сечения уголка — А = 4,29 см 2 (d = 5 мм). 4,91 > 4,29 (Приложение 1).

Контрольные вопросы и задания

1. Какое явление называют текучестью?

В основных методов термообработки изменяют структуру и свойства, без изменения состава материала и формы изделий. Отжиг представляет собой термическую обработку, которая включает нагревание до температуры выше критической точки фазового перехода, выдерживают при этой температуре и последующем медленном охлаждении.

Оптимальная температура нагрева составляет 930-960 ° С На практике это реализуется в виде части охлаждаются с печью в открытой или закрытой двери печи. Неполный отжиг стальных деталей нагревают от 747-777 ° С Охлаждение происходит медленно, с низкой скоростью, тем самым снижая внутреннее напряжение и твердость.

2. Что такое «шейка», в какой точке диаграммы растяжения она образуется?

3. Почему полученные при испытаниях механические характеристики носят условный характер?

4. Перечислите характеристики прочности.

5. Перечислите характеристики пластичности.

6. В чем разница между диаграммой растяжения, вычерченной автоматически, и приведенной диаграммой растяжения?

Сохранить твердость, аналогичную, что после закалки, но удаляются из части внутреннего напряжения, тем самым увеличивая прочность на удар. Достигнутая большая ударная прочность материала. Твердость большинства сталей значительно снижается. Таким образом, некоторые элементы добавляются жаропрочных сталей. Высокая температура отпуска проводят при 550-650 ° С — для углеродистых и легированных конструкционных сталей с низким и средним содержанием углерода, которые сделаны из осей, валов и т.д. и при необходимости сопротивления высоких ударных нагрузок.

7. Какая из механических характеристик выбирается в качестве предельного напряжения для пластичных и хрупких материалов?

8. В чем различие между предельным и допускаемым напряжениями?

9. Запишите условие прочности при растяжении и сжатии. Отличаются ли условия прочности при расчете на растяжение и расчете на сжатие?

Комплекс закаливания плюс высокотемпературного отжига называют улучшения стали. Улучшение может быть окончательное лечение, например, упрочнение низкой и средней температуры отжига, но часто после того, как были проведены и другие процедуры — например. азотирования. Цель состоит в том, чтобы увеличить твердость и износостойкость в поверхностном слое гарантировано за счет улучшения прочности на растяжение при динамических нагрузках.

Они стали с высокой термостойкостью. При этих температурах в таких сталях, подвергающихся процессы, связанные с подготовкой вторичной твердости. Если гашение высокой температуры закалки необходимо проводить при высокой температуре, и она стремится обеспечить вторичную твердость и большую теплостойкость. Во время одной из встреч меня спросили: ну, мы уже знаем, как спать, но почему в целом?

Ответьте на вопросы тестового задания.
Коэффициент запаса прочности какого-либо элемента конструкции равен отношению предельной нагрузки, вызывает потерю прочности элемента, к нагрузке, что создает допустимое напряжение. При этом под потерей прочности понимается не только разрушение элемента, но и появление в нем остаточных деформаций. Поэтому для элемента конструкции, выполненного из пластичного материала, предельным напряжением предел текучести. В большинстве случаев рабочие напряжения в элементах конструкции пропорциональны нагрузкой, а потому коэффициент запаса определяется как отношение предела прочности к допускаемому напряжению (коэффициент запаса по пределу прочности). Так, если предел прочности конструкционной стали равна 540 МПа, а допустимое напряжение — 180 МПа, то коэффициент запаса равен 3.

Но все это имеет много общего с морскими и воздушными катастрофами в недалеком прошлом. Начнем с напоминания о законе Гука. По его словам, деформация материала спринклера прямо пропорциональна напряжению, но этот закон применяется только к определенному значению, выше которого следует «катастрофа» — нарушение непрерывности материала. Разумеется, значение критического напряжения зависит, конечно, от исследуемого материала и от сил элементарных кирпичей, из которых он строится, — атомов, частиц или их «конгломератов».

Эти силы определяют значение так называемого Модуль Юнга и граница применимого закона Гука а. Закон Гука более недействителен, так как зависимость напряжений от деформации уже не является линейной для высоких значений растяжения, но пока мы не будем иметь дело с ней. Ньютон — это единица силы, примерно такая же, как Земля, но она влияет на средний размер яблока в окрестностях Лондона.

Допустимое (допустимое) напряжение — это значение напряжения, которое считается предельно приемлемым при исчислении размеров поперечного сечения элемента, рассчитываемый на заданную нагрузку. Можно говорить о допускаемых напряжениях растяжения, сжатия и сдвига. Допустимые напряжения или предлагаются компетентной инстанцией (скажем, отделом мостов управления железной дороги) , или выбираются конструктором, осведомленным свойства материала и условия его применения. Допускаемым напряжением ограничивается максимальное рабочее напряжение конструкции.

Трещинами материала являются создание двух поверхностей, между которыми нарушаются молекулярные связи. Его размер определяет критическую величину напряжения, при которой происходит катастрофа Гука. Мы можем провести довольно простую оценку критического напряжения для стекла, например, и это важно для безопасности пассажиров в автомобиле. В аэродинамике автомобиля и его эстетике это прежде всего механическая защита, защищающая пассажиров от воздействия различных предметов и птиц.

В чем причина почти сотой разницы между теорией и практикой? Бедствие стоило жизни 36 моряков. Измерения показали, что напряжения в корпусе судна были в пределах норм, принятых строителями, и были значительно ниже «запаса прочности», вызванного оценкой критического напряжения для стали, аналогичной той, что была выполнена в рамке выше. Адмиралы, инженеры и ученые не смогли объяснить причины этой катастрофы, как и многие другие катастрофы кораблей и кораблей, известные в истории.

В сопротивлении материалов большое внимание уделяется выводу соотношений между заданными нагрузками, размерами и формой элемента несущей конструкции эти нагрузки или опорного им, и напряжениями, возникающими в определенных сечениях элемента конструкции. Как правило, цель расчетов заключается в том, чтобы найти необходимые размеры элемента, при которых максимальное рабочее напряжение в нем не будет превышать допускаемого.

При проектировании конструкций ставится цель создать конструкцию, которая, будучи надежной, в то же время была бы предельно легкой и экономичной. Надежность обеспечивается тем, что каждому элементу предоставляют такие размеры, при которых максимальное рабочее напряжение в нем будет в определенной степени меньше напряжения, вызывает потерю прочности этим элементом. Потеря прочности не обязательно означает разрушение. Машина или строительная конструкция считается отказала, когда она не может удовлетворительно выполнять свою функцию. Деталь из пластичного материала, как правило, теряет прочность, когда напряжение в ней достигает предела текучести, так как при этом из-за слишком большой деформации детали машина или конструкция перестает соответствовать своему назначению. Если же деталь выполнена из хрупкого материала, то она почти не деформируется, и потеря ею прочности совпадает с ее разрушением.

1.4.10. Для елементовсосудов и аппаратов, рассчитываются не по предельным нагрузкам (например, фланцевых соединений) допускаемые напряжения должны определять посоответствующей нормативно -технической документации, утвержденной в установленном порядке.

Предел ползучести используютдля определения допустимого напряжения в тех случаях, когда отсутствуют данниепо пределы длительной прочности или по условиям эксплуатации необходимоограничить величину деформации (перемещения).

4.3 В основу методов расчета на прочностьбольшинства элементов сосудов принят метод расчета по предельным нагрузкам. Дляудобства расчета коэффициенты запаса прочности до предельных нагрузкамучитиваются при определении допустимых напряжений. Для отдельных элементов (например, фланцевых соединений) или условий нагрузки, например припеременних нагрузках, расчет ведется по допускаемым напряжениям.

Так как детали и сооружения в целом должны безопасно работать и при этих неблагоприятных условиях, то необходимо принять определенные меры предосторожности. С этой целью напряжения, обеспечивают безотказную работу (эксплуатации) машины или любого другого сооружения, должны быть ниже тех предельных напряжений, при которых может произойти разрушение или возникнуть пластические деформации.

При постройке вагонов широко применяются углеродистые и низколегированные стали. Для изготовления основных несущих элементов вагонов (рам тележек, позвоночных и шкворневых балок, каркаса и обшивки кузова) наибольшее применение имеет низколегированная сталь марки 09Г2Д, обладающий повышенной прочностью и коррозионной стойкостью. При строительстве новых грузовых вагонов в десятой пятилетке будут использованы и низколегированные стали 10ХНДП и 10Г25Д.

Читайте также: Симисторные и тиристорные стабилизаторы напряжения: что выбрать?

Допустимые напряжения и коэффициенты запаса прочности для резьбовых соединений приведены в таблицах 1.2 и 1.3. Они учитывают точность расчетных формул, характер нагрузки, качество монтажа соединения (контролируемая или неконтролируемая затяжка) и т.д.

При выборе материала учитывают условия работы (температуру, коррозию и т.п.), значение и характер нагрузки (статическая или переменная), способ изготовления и объем производства. Например, стандартные крепежные изделия общего назначения изготавливают из низко- и среднеуглеродистых сталей типа сталь 10… сталь 35. Эти дешевые стали позволяют производить большие партии болтов, винтов и гаек методом холодной высадки или штамповки с последующей накаткой резьбы. Легированные стали 35Х, 30ХГСА применяют для высоконагруженных деталей при переменных и ударных нагрузках, при высоких температурах, в агрессивных средах и т.д.

В тех случаях, когда увеличение массы конструкции, связанное с увеличением диаметра болтов, является неоправданным (например, авиастроение) , применяют контролируемую затяжку. Возможность значительного увеличения статической нагрузки болтов из стали 20 при контролируемой затяжке показана в таблице 1.4.