РОЗДІЛ 2
МЕТОДОЛОГІЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ДЕФОРМАЦІЇ ТА РУЙНУВАННЯ ТРУБОПРОВІДНИХ СИСТЕМ
В процесі багаторічної експлуатації матеріал трубопроводу істотно змінює свої
фізико-механічні властивості, що призводить до формування в конструкції
трубопроводу складнопрогнозованого і важкоконтрольованого
напружено-деформованого стану, дослідження якого представляють науковий та
практичний інтерес. Важливого значення набуває створення перспективних
методичних підходів, заснованих на моделюванні роботи елементів конструкції,
забезпечуючи при цьому ефективний контроль стадійного процесу деформації та
руйнування за визначальними параметрами.
Розроблено [203-205] та удосконалено [2, 206] автоматизована випробовувальна
система з ЕОМ (рис. 2.1) для комплексного дослідження в кінетиці деформації,
руйнування та електродного потенціалу матеріалу трубопроводу, що включає
установки МВ-1К (рис. 2.2) [203-206, 2] та КН-1 (рис. 2.3) для випробовувань
зразків-моделей, лабораторний комп’ютер, аналого-цифровий перетворювач на базі
мікросхеми AD 7714 фірми Analog Devices, пристрій для сканування поверхонь
руйнування з подальшим опрацюванням отриманих цифрових відбитків у графічному
редакторі з використанням комп’ютерної бази даних [197] та металографічний
мікроскоп Cole-Parmer А48405-25.
Згідно з розробленою методикою на першому етапі здійснюється докладний аналіз
взаємодії системи „матеріал – конструкція – навантаження і впливи”; на другому
– виготовляються зразки-моделі (рис. 2.4) з матеріалу визначених ділянок
трубопроводу, або окремо взятих труб, з метою ефективного використання теорії
структурної подібності; на третьому – вибираються схеми навантаження та режими
випробовувань з метою досягнення на зразках-моделях, з попередньо визначеною
конфігурацією, імітації роботи досліджуваного матеріалу в конструкції.
Рис. 2.1. Загальна схема лабораторного комплексу
Четвертий етап включає планування та реалізацію експерименту, основна мета
якого – розкриття взаємозв’язку процесів деформації та руйнування
трубопроводів, виходячи із основних положень механіки руйнування та
трибофатики.
В процесі випробовувань ЕОМ, через АЦП на базі мікросхеми AD7714, неперервно
реєструє параметри, за якими визначає стрілу прогину зразка-моделі та величину
електродного потенціалу при дослідженні в корозійно-активному середовищі.
Також розроблено оригінальне програмне забезпечення, яке дозволяє, крім
стандартних можливостей запису вимірюваних величин у файл та одночасної
побудови графічних залежностей в режимі реального часу, регулювати частоту
вимірів в залежності від швидкості зміни вимірюваного параметра. Це дозволяє
якісно відстежити швидкоплинні процеси і, одночасно, не засмічувати вихідний
файл записом великої кількості значень. Програма також забезпечує одночасне
зняття даних з двох каналів (при необхідності легко перейти до чотириканальної
схеми) з можливістю регулювання частоти вимірів для кожного каналу
індивідуально.
Установка (рис. 2.2) забезпечує:
статичне навантаження зразка-моделі 8 за схемою чотириточкового згину та
циклічне із симетричним циклом напружень при додатковому його обертанні, що
передається від електродвигуна 2 через черв’ячний редуктор 3 до барабанів 4 та
10 з частотою 0,1…1Гц;
комбіноване статичне навантаження чистим згином від вантажу 16 через тягу 15 та
осьовою силою розтягу від вантажу 14 через трос 12, ролик 13 і перетворювач
руху 11;
низькочастотне навантаження із заданим коефіцієнтом асиметрії циклу R;
дослідження масштабного фактору, змінюючи довжину чи діаметр робочої частини
зразка-моделі;
вивчення впливу рідких робочих середовищ на поведінку матеріалу трубопроводу
при вибраній схемі та заданих режимах навантаження, використовуючи знімну
робочу камеру 7 та хлорсрібний електрод порівняння 6;
проведення порівняльних досліджень несучої здатності зразків-моделей зварного
з’єднання та з концентраторами напружень при статичному та низькочастотному
навантаженні у повітрі, морській воді, рідких нафтопродуктах тощо;
а
б
Рис. 2.2. Загальний вигляд (а) та схема (б) установки МВ-1К
Правильне закріплення встановлених у затискачі 5, 9 зразків-моделей не
викликає додаткових напружень від биття та неспіввісності зразків і затискачів
більше 1 % від основних, що перевірено експериментально.
Рис. 2.3. Схема установки КН-1
1, 2 – поворотні плити, 3, 4 – затискачі, 5 – експериментальний зразок, 6 –
хлорсрібний електрод порівняння, 7 – знімна робоча камера, 8 – тяга, 9 – змінні
вантажі.
Для дослідження корозійних процесів під напруженням розроблено
комп’ютеризовану установку КН-1 [2], створену на базі установки МВ-1К
[202-206]. Випробовування зразків з матеріалу труб нафтогазопроводів на повітрі
та в рідких робочих середовищах проводили в режимі статичного та
повторно-статичного навантаження чистим згином з автоматичною реєстрацією
прогину зразка та зміни електродного потенціалу за допомогою ЕОМ,
використовуючи 24-бітне аналого-цифрове перетворення.
г
Рис. 2.4. Конструкції зразків для випробовувань на установках МВ-1К (а-в) та
КН-1 (г)
В процесі статичного навантаження та повзучості неперервно реєструється
параметр, за яким можна визначити стрілу прогину зразка д. Параметри д, довжина
робочої частини lp та мінімальний радіус кривизни зразка сmin зв’язані
співвідношенням
Відносна деформація крайнього волокна визначається за формулою
де b – товщина зразка.
Умовну границю текучості при ступінчастому навантаженні чистим згином
визначалась за способом [70], який полягає в тому, що спочатку за
експериме
- Київ+380960830922