Результат интеллектуальной деятельности: МОДЕЛЬ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ТРУБ

Разработка относится к определению механических характеристик труб, а именно к моделям, предназначенным для испытаний материалов труб малого диаметра на трещиностойкость, и может быть использована при производстве и эксплуатации труб.

Сопротивление материалов и конструкций разрушению при распространении трещин характеризуется трещиностойкостью. Под трещиностойкостью понимают критериальные характеристики механики разрушения, определяющие способность материала сопротивляться развитию трещин при механических и других воздействиях. Характеристики трещиностойкости определяют на моделях с исходной усталостной трещиной посредством их разрушения.

Известна модель для определения трещиностойкости труб малого диаметра в виде части исследуемой трубы с имитатором усталостной трещины. (См. Матвиенко Ю.Г. Модели и критерии механики разрушения. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 328 с.).

Описанное в этом источнике информации техническое решение по технической сущности и достигаемому результату является наиболее близким аналогом предложенного устройства.

Модель известной конструкции изготавливают из вырезанной из исследуемой трубы части ее цилиндрической поверхности с последующей технологической правкой, при которой ей придают плоскую прямоугольную форму. Имитатор усталостной трещины создают в виде искусственной трещины, наносимой на край модели.

Недостатком этого технического решения является образование наклепа металла при технологической правке модели в процессе придания ей плоской прямоугольной формы. Наклеп металла приводит к изменению характеристик трещиностойкости исходного металла трубы, что снижает достоверность результата испытаний.

Техническим результатом разработки является создание модели, обеспечивающей повышение достоверности определения трещиностойкости труб малого диаметра.

Этот результат достигается благодаря выполнению модели для определения трещиностойкости труб малого диаметра в виде части исследуемой трубы с имитатором усталостной трещины, причем модель изготавливают в виде кольца, вырезанного из исследуемой трубы, а имитатор усталостной трещины выполняют в виде симметричных и диаметрально противоположных сквозных надрезов на одном из торцов модели вдоль образующей кольца.

Новизна и положительный эффект заявляемого решения обусловлены тем, что кольцевой образец не подвергают дополнительной технологической правке, тем самым не создавая наклеп металла и не изменяя характеристик трещиностойкости металла трубы.

Изобретение иллюстрируют примером.

На фиг. 1 изображена предложенная модель при испытаниях.

Модель для определения трещиностойкости труб малого диаметра выполнена в виде кольца 1 (фиг. 1), вырезанного из исследуемой трубы (материал трубы - высокопрочная сталь НТ50 с пределом текучести 460 МПа и временным сопротивлением 575 МПа) радиусом R=40 мм и толщиной стенки 5,2 мм, а имитатор усталостной трещины выполнен в виде двух симметричных и диаметрально противоположных сквозных надрезов 2 на одном из торцов модели вдоль образующей кольца.

Модель подвергалась испытаниям путем статического нагружения ее до критического раскрытия трещин, при этом в качестве характеристики трещиностойкости использовали критическое раскрытие в вершине трещины, устанавливаемое по началу устойчивого распространения трещин. Усталостные трещины выращивали в условиях циклического трехточечного изгиба при коэффициенте асимметрии цикла нагружения 0,1 и максимальной нагрузке 3,2 кН. Отношение длины усталостной трещины к высоте образца составляло 0,45. Далее образец устанавливали на роликовые опоры 3, прикладывали к нему монотонно увеличивающуюся нагрузку нагружающим роликом 4 по оси исходных надрезов и доводили образец до разрушения. В процессе испытаний записывали диаграммы «нагрузка - смещение точек приложения нагрузки», а также определяли раскрытие в вершине трещин. Начало устойчивого распространения трещин устанавливали по релаксации «напряжение-деформация» на поверхности образца с помощью анализа получаемых цифровых стереоизображений и определяли соответствующую трещиностойкость - критическое раскрытие в вершине трещины, которое составило 0,32 мм.

Использование предложенной модели для определения трещиностойкости труб малого диаметра позволяет улучшить прогнозирование и обоснование живучести и безопасности трубопроводов малого диаметра по критериям трещиностойкости.