Чисельний аналіз розвитку в’язкого руйнування ділянок магістральних трубопроводів з типовими дефектами

Abstract

Побудовано комплексну математичну модель розвитку мікропошкодженості матеріалу конструкційних елементів при зварюванні та експлуатації з метою чисельного аналізу граничного стану зварних конструкцій, схильних до в’язкого руйнування. На основі сучасних скінченно-елементних моделей кінетики стану зварних конструкцій реалізовано алгоритми появи, взаємодії та росту пор в’язкого руйнування металу та їх переходу в макродефекти. На прикладі елемента магістрального трубопроводу із дефектом локальної корозійної втрати металу в області монтажного кільцевого шва досліджено специфіку розвитку розсіяного пошкодження за в’язким механізмом та його вплив на граничний стан такої конструкції.

The limit state of main pipelines and welded pressure vessels with typical surface corrosion defects is determined with processes of ductile fracture in the region of geometrical anomalies and welded joints. For the numerical analysis of the limit state of welded constructions liable to ductile fracture, the complex mathematical model of the construction elements material microdamage growth at welding and exploitation, has been built. On the basis of up-to-date finite element models of welded constructions state kinetics the algorithms of appearance, interaction and growth of pores of metal ductile fracture and their transition to macrodefects have been realized. Therefore calculations of state of stresses and strains of the construction at welding and exploitation loading consider the changing of bearing cross-section of porous elements and the changing of plasticity condition. For the locally unisothermal construction deformation correspondent criterion of ductile fracture pores nucleation has been proposed. As an example, the element of main pipeline with the defect of local corrosive metal loss in the region of circumferential field weld the features of dispersed damage growth according to ductile fracture mechanism and its influence on such construction limit state, has been explored. It has been shown, that depending on the relative position of geometrical anomaly and welded joint, the fields of damage, those caused with them, start interacting at a different internal pressure in the pipeline, and the way of this interaction determines the limit load at which macrodefects appear. The influence of possible weld metal discontinuity of gas porosity type, that appeared at welding of circumferential pipeline joints, on construction bearing capacity, has been studied. It has been shown, that the presence of such defects can substantially decrease the limit exploitation loading.