Долговечность трубопроводов
Модуль оценивает усталость и длительную прочность конструктивных элементов магистральных трубопроводов (прямых труб, отводов, тройников, конических переходов) по теории предельных процессов нагружения. По спектру нагружения за назначенный ресурс вычисляется длительно-циклическая прочность R(t), приведённое напряжение сравнивается с критерием, а при невыполнении определяется фактическая долговечность элемента.
Что считает модуль
Для одного конструктивного элемента вычисляются:
- номинальные напряжения от давления и усилий Q/M и их интенсивность σ̂ с главными компонентами девиатора S₁, S₂, S₃;
- коэффициенты концентрации K_σ и K_t по типу элемента (для прямой трубы K_σ = K_t = 1);
- длительно-циклическая прочность R(t) по спектру нагружения за назначенный ресурс;
- коэффициент использования прочности η и, если критерий не выполнен, фактическая долговечность t*.
1Элемент и геометрия
Выберите тип элемента — от него зависят формулы коэффициентов концентрации и набор геометрических полей:
| Прямая труба | K_σ = K_t = 1 — концентрации нет. |
| Отвод (гнутый / сварной) | Дополнительно радиус оси отвода ℓ_т. |
| Тройники (3 типа) | Диаметры магистрали Dн^м и ответвления Dн^0, толщины δ_м и δ₀. |
| Конический переход | Полуугол конуса γ. |
| Наружный диаметр Dн, мм | Наружный диаметр элемента. |
| Расчётная толщина δ, мм | Номинальная расчётная толщина стенки. |
| Толщина для прочности δ*, мм | Толщина для оценки прочности и геометрии сечения (F, W, σ̂₁). |
2Сталь
| Марка стали | Обозначение марки (справочно, попадает в отчёт). |
| Предел текучести σ_т, МПа | Условный предел текучести. |
| Временное сопротивление σ_в, МПа | Предел прочности (= R₁ⁿ). |
| K₁* (табл. 1) | Коэффициент по табл. 1 методики: 1,25 или 1,35. |
3Нагрузки (Q, M)
Внутреннее давление P задаётся всегда. Усилия Q₁₋₃ (кН) и моменты M₁₋₃ (кН·м) — компоненты в сечении элемента:
| P, МПа | Внутреннее рабочее давление. |
| Q₁, Q₂ | Поперечные силы (дают касательные σ̂₁₃). |
| Q₃ | Осевая сила. |
| M₁, M₂ | Изгибающие моменты (√(M₁²+M₂²) — суммарный изгиб). |
| M₃ | Крутящий момент (даёт касательные σ̂₁₂). |
| K в σ̂₁₃ (0…2) | Коэффициент неравномерности касательных от поперечной силы (в примерах K = 2). |
4Спектр нагружения
Спектр задаётся двумя способами (переключатель):
| Тип трубопровода из табл. 2 | Выбор строки табл. 2 автоматически заполняет доли P₀…P₃ и числа циклов X₁…X₃. |
| Прямой ввод X₁/X₂/X₃ | Числа циклов и доли вводятся вручную (как в разобранных примерах методики). |
| P₀ | Доля длительной прочности в спектре. |
| P₁…P₃ | Доли циклической прочности по ступеням амплитуд. |
| X₁…X₃ | Числа циклов наработки за весь назначенный ресурс. |
| n (коэфф. перегрузки) | Делитель множителей при X₁…X₃ (в примерах n = 1,1). |
5Параметры долговечности
| Категория участка (табл. 3) | Задаёт β₁, β₂ в критерии: III–IV, I–II или В. |
| Среда | Некоррозионная / малоагрессивная либо среднеагрессивная (в ней a = 0, N₁ = N₃ = 1). |
| Назначенный ресурс t, годы | Срок, на который проверяется долговечность. |
| Предел выносливости a, МПа | Нижний предел выносливости (ρ** = a/σ_в); для некоррозионной среды 40 МПа. |
| K_c | Коэффициент концентрации остаточных напряжений (сварные стыки — 0,35). |
| K_н | Коэффициент надёжности по назначению. |
6Результаты: η и t*
Кнопка «Рассчитать» выполняет вычисление мгновенно. Сверху — крупно коэффициент использования прочности η с вердиктом (зелёный — долговечность обеспечена, красный — нет):
| η | Отношение приведённого напряжения к норме (R(t) для чистого давления, 2R(t) в общем случае). η ≤ 1 — критерий выполнен. |
| t* (при невыполнении) | Фактическая долговечность — год, при котором прочность падает до приведённого напряжения (лог-линейная интерполяция). |
| σ̂₁, σ̂, S₁ | Кольцевое напряжение, интенсивность и первое главное напряжение девиатора. |
| K_σ, K_t | Коэффициенты концентрации по типу элемента. |
| R(t) | Длительно-циклическая прочность при назначенном ресурсе. |
| Таблица проверок | Критерий долговечности: приведённое напряжение ≤ нормы. ✅/❌. |
7Отчёт .docx
Кнопка «Скачать отчёт .docx» формирует пояснительную записку: исходные данные, номинальные напряжения и девиатор, коэффициенты концентрации, прочность R(t) по спектру нагружения, критерий долговечности с подстановкой чисел и заключение.