Мета роботи - визначити залишкові 'напруження в кільцевих зварних з'єднаннях труб розрахунково-експериментальним методом з урахуванням двовимірного розподілу пластичних деформацій біля шва та структурних перетворень в зоні термічного впливу і оцінити їх вплив на довговічність МТ з дефектами при циклічному навантаженні. Відповідно до мети були поставлені такі задачі: розробити математичну модель розрахунково-експериментального визначення залишкових напружень в кільцевих зварних з'єднаннях труб з урахуванням неоднорідного розподілу і неодинакових зон колових і осьових пластичних деформацій вздовж осі труби і за її товщиною; - дослідити вплив ширини зон пластичних деформацій і їх градієнтів по товщині та довжині труби біля зварного шва на величину і характер розподілу залишкових напружень у трубопроводі; - використавши експериментальну інформацію, яку можна здобути електромагнітним методом, визначити залишкові напруження в зоні монтажного кільцевого зварного шва магістрального трубопроводу; - побудувати розрахункову модель для визначення впливу залишкових напружень на поширення втомних тріщин в стінках трубопроводів до їх критичних розмірів; - оцінити вплив зварювальних напружень на довговічність магістрального газопроводу з осьовим тріщиноподібним дефектом у зварному з'єднанні при циклічному навантаженні. ЗМІСТ стор Вступ 5 1. СУЧАСНИЙ СТАН ПРАЦЕЗДАТНОСТІ ЗВАРНИХ З'ЄДНАНЬ МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ І МЕТОДИ ЇХ РОЗРАХУНКУ НА МІЦНІСТЬ І ДОВГОВІЧНІСТЬ 13 1.1 Особливості стикових зварних з'єднань магістральних трубопроводів 14 1.2. Методи визначення залишкових технологічних напружень в магістральних трубопроводах 18 1.2.1. Експериментальні методи визначення залишкових напружень 19 1.2.2. Розрахункові методи визначення залишкових напружень 22 1.2.3. Розрахунково-експериментальні методи визначення залишкових напружень 27 1.3. Проблеми визначення довговічності магістральних трубопроводів тривалої експлуатації 28 1.4. Основні задачі та напрямки досліджень 35 2. РОЗРАХУНКОВО-ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИЙ МЕТОД ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ В ТРУБНИХ ЗВАРНИХ З'ЄДНАННЯХ, ВИКОНАНИХ БАГАТОШАРОВИМ КІЛЬЦЕВИМ ШВОМ 37 2.1. Математична модель методу 38 2.1.1. Апроксимація розподілу залишкових осесиметричних деформацій Qjj і ключове диференціальне рівняння задачі 38 2.1.2. Побудова розв'язку прямої задачі 43 2.1.3. Обернена задача теорії оболонок з залишковими технологічними деформаціями і напруженнями 45 2.2. Характерні особливості застосування деяких фізичних методів для визначення залишкових напружень 50 Висновки до розділу 2 53 3. ОЦІНКА ВПЛИВУ ГРАДІЄНТІВ ПЛАСТИЧНИХ ДЕФОРМАЦІЙ ПО ДОВЖИНІ І ТОВЩИНІ ТРУБИ ТА ШИРИНИ ЗОНИ ЇХ ЛОКАЛІЗАЦІЇ НА РОЗПОДІЛ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ В ЗВАРНОМУ З'ЄДНАННІ 55 3.1. Вплив перепаду пластичних деформацій по товщині труби на величину максимальних напружень для різних значень зони пластичності 55 3.2. Розподіл залишкових напружень в зоні багатошарового зварного шва при неодинакових зонах колових і осьових пластичних деформацій і різних їх градієнтах вздовж твірної і по товщині труби 64 Висновки до розділу 3 77 4. ДІАГНОСТУВАННЯ НАПРУЖЕНОГО СТАНУ В ЗОНІ КІЛЬЦЕВИХ ЗВАРНИХ ШВІВ ТРУБОПРОВОДІВ РОЗРАХУНКОВО- ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИМ СПОСОБОМ З ВИКОРИСТАННЯМ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО МЕТОДУ 79 4.1. Визначення усередненої різниці головних напружень в зварному з'єднанні трубопроводу електромагнітним методом 79 4.2. Розв'язання оберненої задачі і обчислення залишкових напружень у кільцевому зварному з'єднанні трубопроводу 88 Висновки до розділу 4 94 5. ПРОГНОЗУВАННЯ РОСТУ ВТОМНИХ ТРІЩИН В ЗВАРНИХ З'ЄДНАННЯХ ТРУБОПРОВОДІВ ПІД ТИСКОМ З УРАХУВАННЯМ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ 96 5.1. Визначення характеристик циклічної тріщиностійкості трубної сталі та її зварного з'єднання 96 5.2. Розрахункова модель закриття тріщини для врахування циклічних і залишкових напружень на втомне руйнування 108 5.3. Апробація моделі 117 5.4. Прогнозування росту втомних тріщин в трубах під дією експлуатаційного навантаження і залишкових напружень 122 Висновки до розділу 5 131 Висновки 132 Список використаних джерел 134 Додатки 159