разработана конечно-элементная модель стенки РВС с дефектом геометрической формы в области монтажного стыка;

уточнены на основе численного моделирования величины локальных деформаций монтажного стыка стенки и уторного узла РВС с учетом адаптации металла при воздействии циклически приложенной нагрузки, дефектов геометрической формы и влияния остаточных сварочных напряжений;

определены значения локальных деформаций стенки РВС в области монтажного стыка и уторного узла с учетом фактической формы дефектов, влияния остаточных сварочных напряжений и формы сварного шва.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

учет влияния фактической формы геометрических несовершенств стенки, остаточных сварочных напряжений и формы сварного шва позволяет уточнить методику расчета малоцикловой прочности РВС, что увеличивает достоверность определения срока безопасной эксплуатации резервуаров;

предложенная автором методика расчета НДС стенки резервуара с дефектами геометрической формы в зоне монтажного стыка применялась в расчетах обследованных автором резервуаров;

результаты исследований позволяют установить в целях обеспечения заданного срока эксплуатации предельно допустимый уровень налива резервуара при дефектах геометрической формы, превышающих допустимые параметры с учетом циклического воздействия нагрузки на конструкцию.

Внедрение исследований Результаты исследований использованы при разработке руководящего документа РД 16.01-73.10.00-КТН-010-1-05 «Специальные нормы проектирования и строительства стальных вертикальных резервуаров объемом 100 000 м3».

Достоверность полученных научных результатов подтверждается: использованием адекватной математической модели, сопоставленной с уже существующими экспериментальными данными; адекватностью результатов, полученных в частных случаях, известным решениям других авторов.

Апробация работы. О результатах исследований было доложено на региональных научно-практических конференциях «Долговечность строительных материалов и конструкций» (Саранск, 2001 и 2005 гг.)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 в рецензируемых научных журналах.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка и трех приложений. Объем работы составляет 188 стр., в том числе основной текст 158 стр., включая 94 рисунка, 15 таблиц, библиографический список на 17 стр. (191 наименование) и приложения на 11 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертации отмечаются актуальность темы, цель и задачи исследования, научная новизна работы, ее практическая значимость, достоверность полученных научных результатов, содержатся сведения об апробации проведенных исследований и о публикациях по теме диссертации.

В первой главе рассмотрены работы ряда авторов, в частности В.В.Кузнецова, В.В.Леденева, В.А.Прохорова, И.М.Розенштейна, А.Н.Шкинева, М.К.Сафаряна, А.А.Тарасенко, где анализируются причины аварий резервуаров и наиболее часто встречающихся дефектов.

Многие из эксплуатируемых резервуаров имеют дефекты геометрической формы, особенно те из них, которые смонтированы методом рулонирования. Появление таких дефектов обусловлено технологией изготовления рулонов и методом монтажа резервуаров.

При работе резервуара в условиях многократного повторно-статического нагружения возможен переход к предельному состоянию, связанному с появлением трещиноподобных дефектов в результате малоцикловой усталости.

В главе даны результаты натурных обследований РВС, проведенных автором диссертации, с указанием обнаруженных дефектов, причин их появления и рекомендуемых способов устранения.

Методика расчета малоцикловой прочности базируется на анализе распределения локальных пластических деформаций и использовании характеристик сопротивления материала циклическому деформированию и разрушению. Расчет малоцикловой прочности и определение долговечности листовых конструкций достаточно полно разработаны на стадии как возникновения трещины, так и существования в конструкции поверхностной трещины. При этом необходимо отметить работы С.В.Серенсена, Н.А.Махутова, Е.М. Морозова, А.Б. Злочевского.

Для аналитического описания числа циклов нагружения резервуара до возникновения трещины используются следующие методы: деформационный, силовой и энергетический. Выбор того или иного метода при расчете малоцикловой прочности определяется спецификой процесса деформирования и разрушения конструкции в конкретных условиях эксплуатации.

В зоне монтажного стыка стенки нагружение, как правило, происходит при постоянном размахе упруго-пластической деформации и монотонном ее возрастании, в связи с чем использован деформационный критерий усталостного разрушения, предложенный Коффином и Менсоном.

Число циклов нагрузки-разгрузки до образования усталостной трещины N определялось из выражения

амплитуда упругих деформаций;

=10 - коэффициент запаса прочности по долговечности;

- амплитуда пластических деформаций;

? – относительное сужение площадки поперечного сечения образца при

статическом растяжении;

m = 0,5 – постоянная;

Е – модуль упругости;

- предел выносливости при симметричном цикле на базе 2·106 циклов.

- толщина стенки пояса. При превышении указанных параметров необходимо оценивать срок службы резервуара с учетом параметров циклического нагружения - амплитуды и частоты нагружения, а также влияния сварных соединений.

Не до конца изучено влияние остаточных сварочных напряжений в сварных соединениях на надежность и долговечность резервуарных конструкций. Этим вопросам посвящены научно-исследовательские работы В.С.Игнатьевой, Ю.С.Тарасевича, А.П.Сенаторова.

Механизм образования сварочных напряжений и их влияние на работоспособность сварных конструкций изучали Н.О.Окерблом, Б.Е.Патон, Г.А.Николаев, В.А.Винокуров, С.А.Куркин, В.М.Сагалевич, А.Г.Григорьянц, В.Ф.Лукьянов и др.

Как показывает опыт диагностирования резервуаров, одной из наиболее уязвимых зон при эксплуатации резервуаров является уторный узел.

Многочисленные публикации, посвященные изучению работы уторного узла, можно условно разделить на три группы. К первой группе относится разработанный М.К.Сафаряном расчет зоны соединения нижнего пояса стенки с днищем с учетом влияния свеса окрайка. Стенка и днище рассматриваются как система из двух полубесконечных балок единичной ширины, опирающихся на 2 упругих основания, первое из которых учитывает пространственную жесткость цилиндрической оболочки, а второе отражает свойства реального основания резервуара.

Наряду с традиционным методом сил можно применить предложенный Ю.В.Соболевым метод перемещений, который позволяет рассматривать узел сопряжения как однажды статически неопределимую систему с учетом нерастяжимости днища.

Вторая группа исследований использует систему сопряженных пластин и оболочек. Уторный узел резервуара рассматривается в виде сопряжения длинной цилиндрической оболочки постоянной толщины и кругового кольца, моделируемых в рамках моментной технической теории оболочек. Независимое интегрирование этих элементов, а также условия их совместного деформирования обеспечивают формирование системы из семи неоднородных алгебраических уравнений, решение которых позволяет определить все компоненты НДС в рассматриваемой зоне резервуара.

Третья группа работ объединяет исследования, выполненные с применением метода конечных элементов.

Во второй главе рассмотрены различные варианты деформации концевых участков полотнища стенки в зоне монтажного стыка (рис.1):

в виде сходящихся под углом окружностей - «клювик»;