7.2. Коэффициент интенсивности напряжений
Коэффициент интенсивности напряжений для выбранных расчетных трещин определяют аналитически, численно или экспериментально по методикам, согласованным с головной организацией по разработке норм на прочность.
Коэффициент интенсивности напряжений для цилиндрических, сферических, конических, эллиптических и плоских элементов, нагружаемых внутренним давлением и температурными воздействиями, допускается вычислять по формуле
, (7.3)
где K1 — в МПа∙м1/2; — коэффициент, учитывающий влияние концентрации напряжений; p — составляющая напряжений растяжения, МПа; Mp = 1 + 0,12(1 – a/c); q — составляющая изгибных напряжений, МПа ; Mq = 1 − 0,64a/h; a — глубина трещины, мм; c — полудлина трещины, мм; h — длина зоны, в пределах которой составляющая изгибных напряжений сохраняет положительное значение, мм;
(7.4)
Формула (7.4) справедлива при a 0,25s и a/c 2/3, где s — толщина стенки изделия.
При расчете зон, где отсутствует концентрация напряжений, принимают = 1.
7.3. Допускаемые значения коэффициентов интенсивности напряжений
Допускаемые значения коэффициентов интенсивности напряжений зависят от приведенной температуры (Т – Тk) и от расчетного случая. Зависимость [KI]i от [Т – Тk] получают как огибающую двух кривых, определяемых по исходной температурной зависимости KIс. Одну из этих кривых получают делением ординат исходной кривой на коэффициент запаса прочности nk, другую — смещением исходной кривой вдоль оси абсцисс на значение температурного запаса ΔT.
Для НУЭ (i = 1) nk = 2, ΔT = 30 С.
При ННУЭ и гидравлических (пневматических) испытаниях (i = 2) nk = 1,5 , ΔT = 30 C.
Для АС (i = 3) nk = 1, ΔT = 0 С.
Температурные зависимости [KI]i для сталей марок 12Х2МФА, 15Х2МФА, 15Х2МФА-А, 15Х2НМФА, 15Х2НМФА-А и их сварных соединений приведены на рис. 7.1 – 7.3.
Рис. 7.1. Стали марок 12Х2МФА, 15Х2МФА, 15Х2МФА-А:
1
— НУЭ,
;
2
— ННУЭ и гидравлические (пневматические)
испытания,
;
3
— АС,
Рис. 7.2. Стали марок 15Х2НМФА, 15Х2НМФА-А:
1
— НУЭ,
;
2
— ННУЭ и гидравлические (пневматические)
испытания,
;
3
— АС,
Рис. 7.3. Сварные соединения сталей марок 15Х2МФА, 15Х2МФА-А, 15Х2НМФА,15Х2МФА-А:
1
— НУЭ,
;
2
— ННУЭ и гидравлические (пневматические)
испытания,
,
3 —
АС,
Исходные температурные зависимости Klc принимают по данным, приведенным в соответствующих аттестационных отчетах по материалам (основной металл, сварные соединения), или по техническим решениям, согласованным с Госатомнадзором РФ, головной материаловедческой организацией и головной организацией по разработке норм расчета на прочность.
7.4. Критическая температура хрупкости
Критическая температура хрупкости материала определяется по формуле:
Тk = Tk0 + ΔTT + ΔTN + ΔTF. (7.5)
Здесь Tk0 — критическая температура хрупкости материала в исходном состоянии; ΔTT — сдвиг критической температуры хрупкости вследствие температурного старения; ΔTN — сдвиг критической температуры хрупкости вследствие циклической повреждаемости; ΔTF — сдвиг критической температуры хрупкости вследствие влияния нейтронного облучения.
7.5. Расчет при различных режимах эксплуатации
7.5.1. Расчет при нормальных условиях эксплуатации
Сопротивление хрупкому разрушению следует считать обеспеченным, если выполняется условие
KI [KI]1. (7.6)
При определении коэффициента KI в качестве расчетного дефекта принимают поверхностную полуэллиптическую трещину глубиной a = 0,25s с соотношением a/с = 2/3.
Размер h допускается задавать равным 0,5s.
С учетом данных указаний по размерам трещины получают
(7.7)
где p и q — в МПа; s — в мм; KI — в МПа∙м1/2 .
Коэффициент для зон перехода жесткостей (соединение фланцев с цилиндрической частью корпуса, галтели и др.) находят по формулам:
(7.8)
при 0 < s/R2 5;
(7.9)
при s/R2 > 5.
При > K принимают = K.
Определение минимальной допускаемой температуры конструкции при гидравлических (пневматических) испытаниях Th проводится так, чтобы она была больше или равна минимально допускаемой температуре конструкции [Th], получаемой из расчета на сопротивление хрупкому разрушению.