Локальний напружений стан трубопроводу з осьовою та кутовою неспіввісністю зварного шва

Abstract

Присвячено оцінюванню напруженого стану оболонки, яка містить в собі одночасно два поширених дефекти форми зварного шва – кутову та осьову неспіввісність. Не зважаючи на достатню кількість публікацій за темою дефектів зварних швів, мало уваги приділялося такому складному дефекту зварного шва, як комбінація кутової та осьової неспіввісності. В попередніх роботах було проаналізовано напружений стан труби окремо з кутовою неспіввісністю та осьовою неспіввісністю (різнотовщинністю зварювальних труб) на основі оболонкових рішень і отримано аналітичний метод визначення силових та деформаційних параметрів для аналізу напруженого стану трубопроводів з недосконалостями зварних швів. Розроблено інженерний аналітичний метод визначення напруженого стану трубопроводу зі складним дефектом форми, який може бути представлений як комбінація простих. Тому отримано вирази для силових компонент й коефіцієнти концентрацій напружень окремо для осьової та кутової неспіввісностей. Аналіз ґрунтується на раніше розробленому понятті «короткого» рішення. Для верифікації запропонованого аналітичного методу побудовано скінченноелементну модель комбінованого дефекту зварного шва та виконано чисельний аналіз при дії внутрішнього тиску з використанням розрахункового комплексу ANSYS. Чисельне моделювання у порівнянні з аналітичною процедурою демонструє розходження результатів у зоні концентрації напружень, в околі зварного шва, за рахунок виникнення локальних моментів у чисельній моделі. Проте запропоновані коефіцієнти концентрації напружень зручно використовувати у практичних розрахунках вказаних типів дефектів поперечного зварного шва, для швидкого оцінювання допустимості дефектів. Детальніше оцінювання напружено-деформованого стану дефекту, у випадку невиконання умов міцності за попереднім розрахунком, вимагає побудови чисельної моделі.

The paper is devoted to the evaluation of the stressed state of the shell containing two common defects in the weld shape – angular and axial misalignment at the same time. Expressions for stress resultants and stress concentration factors for axial and angular misalignment are proposed. The analytical approach is tested by means of numerical calculations for the internal pressure