Расчет на малоцикповую усталость

5.1.5.1. Условные обозначения 5.1.5.1.1. В формулах приняты условные обозна­чения, представленные в таблице 5.2.

Символ	Название	Единица измерения
1	2	3
Ст	Приведенное напряжение от внутреннего давления	МПа
[О]	Номинальное допускаемое напряжение	МПа
G С	Максимальное местное расчетное напряжение, определенное с учетом ползучести	МПа
A, G ‘Я <ЯС	Эквивалентные напряжения соответ­ственно от весовых нагрузок и внут­реннего давления и суммарное от весовых нагрузок, самокомпенса­ции и внутреннего давления	МПа
	Условный предел длительной прочности при растяжении	МПа
} # а А	Расчетная амплитуда напряжений	МПа
	Допускаемая амплитуда напряже­ний, определенная по расчетным кривым малоцикловой усталости	МПа
	Допускаемая амплитуда напря­жений	МПа
	Главные условно-упругие напря­жения в расчетной точке детали 0 = 1,2,3)	МПа
	Эквивалентные напряжения (*,/= 1,2,3)	МПа
Да	Размах эквивалентных напряжений	МПа
[а l [gt ] Ь тех-" 1 MmJ	Допускаемые напряжения, соответ­ствующие температуре, при кото­рой достигаются максимальные и минимальные эквивалентные напряжения	МПа

5 Нормы расчета…

129

1	2	3
Е,	Модуль упругости, соответствую­щий максимальной температуре цикла	МПа
Е , Е . Max* nun	Модули упругости, соответствующие температуре, при которой дости­гаются максимальные и минималь­ные эквивалентные напряжения	МПа
N	Число циклов нагружения	—
	Число циклов нагружения дан­ного типа	—
[n]	Допускаемое число циклов нагру­жения по расчетным кривым малоцикловой усталости	—
M	Допускаемое число циклов	—
D С	Параметр, характеризующий допускаемое повреждение при совместном действии усталости и ползучести
M	Показатель степени в уравнении длительной прочности	—
I	Количество различных номиналь­ных режимов	—
\	Длительность работы при данных параметрах, включая время пуска и останова	Ч
To	Расчетный ресурс эксплуатации	Ч

5.1.5.2. Общие положения

5.1.5.2.1. Расчет на малоцикловую усталость яв­ляется поверочным и выполняется после выбора ос­новных размеров детали.

5.1.5.2.2. Поверочный расчет производится с уче­том всех нагрузок (основных и дополнительных) для всех расчетных режимов работы.

5.1.5.2.3. Расчетные кривые малоцикловой уста­лости приведены для материалов, допущенных к при­менению Госгортехнадзором России и перечисленных В табл. 2.2, 2.3, 2.4 раздела 2.

5.1.5.2.4. Методика применима для расчета дета­лей, работающих при малоцикловой усталости во всем диапазоне изменения расчетных температур. Уровень температур, обусловливающих необходимость учета ползучести, устанавливается согласно разделу 2.

5.1.5.2.5. Поверочный расчет на малоцикловую усталость допускается не производить, если повреж­даемость от действия всех видов нагрузок удовлетво­ряет одновременно двум условиям:

При расчете величины [ІУ], в этом случае амплиту­ды напряжений принимаются равными: сга = За — для циклов пуск-останов;

Од = 3—а — для циклов колебания давления с раз­

Р

Махом Др не менее 30% р (исключая пуск-останов);

Оа = 2EaAt — для температурных циклов всех ви­дов, где At — перепад температуры по толщине стен­ки, периметру и длине детали, включая колебания температуры среды во времени.

Суммарное эквивалентное напряжение oeqc опре­деляется для номинального режима эксплуатации.

5.1.5.2.6. Расчет напряжений в элементах котлов и трубопроводов производится по методикам, изло­женным в разделах 6, 7, 8, 9 и 10.

Допускается использование других расчетных ме­тодик, а также экспериментальных значений напря­жений, определенных в условиях, соответствующих условиям эксплуатации.

5.1.5.3. Переменные нагрузки

5.1.5.3.1. За цикл нагружения принимается повто­ряющееся изменение нагрузки (как силовой, так и температурной) от первоначального значения до мак­симального (минимального) и возврат к первоначаль­ной нагрузке. Цикл нагружения характеризуется амплитудой напряжения, числом циклов нагружения и уровнем максимальной температуры цикла.

5.1.5.3.2. При расчете на усталость учитываются следующие нагружающие факторы:

Изменение давления при пуске — останове котла;

Колебания рабочего давления при эксплуатации (более 15% от номинального значения);

Изменение внешних нагрузок при эксплуатации (весовые нагрузки, наддув и т. п.);

Температурные перепады при пуске-останове кот­ла, включая компенсационные нагрузки при тепло­вых расширениях трубопроводов;

Дополнительные перепады температур, вызываю­щие колебания температуры среды или теплового потока при эксплуатации.

5.1.5.4. Переменные напряжения

5.1.5.4.1. Расчет на усталость основывается на ус­ловно-упругих напряжениях, действующих в выб­ранной точке рассчитываемой детали, где ожидают­ся наибольшие напряжения. Расчет производится для всех основных этапов эксплуатации: пуска, рабочего режима, останова.

5.1.5.4.2. Для каждой выбранной точки детали определяют три главных нормальных напряжения о, с2у о3, представляющих собой алгебраическую сумму действующих в одном направлении напряжений от всех приложенных в данный момент нагрузок с уче­том местных концентраторов напряжений (отвер­стий, галтелей и т. п.). Значения коэффициентов кон­центрации следует принимать по расчету напряже­ний в соответствии с п. 5.1.5.2.6.

Примечание. До разработки соответствующей методики рас­чета для барабанов и коллекторов коэффициент концентрации окружных напряжений от действия внутреннего давления на кром­ках цилиндрических отверстий допускается принимать равным 3, для выпуклых днищ 2,2, а коэффициент концентрации окруж­ных и осевых напряжений от действия температурного перепада по толщине стенки для цилиндрических и сферических деталей равным 2,0.

5.1.5.4.3. Для цилиндрических деталей главные нормальные напряжения с, определяются в соответ­ствии сп. 5.1.

5.1.5.4.4. По значениям главных нормальных на­пряжений определяют эквивалентные напряжения для расчетных точек детали в заданные моменты вре­мени как алгебраическую разность главных нормаль­ных напряжений:

5.1.5.4.5. Напряжения, вызываемые технологиче­скими отклонениями при изготовлении детали (разно- стенность труб, смещение кромок и т. п.), не учитыва­ются, если величина отклонений не превышает нормы, установленной в Правилах госгортехнадзора.

5.1.5.5. Размах и амплитуда переменных напряжений

5.1.5.5.1. Для каждого цикла нагружения суще­ствуют режимы, при которых принимают макси­мальные и минимальные значения величины:

«/’, max Т ^elj, Тіл

E E

NiAx min

В расчет вводится размах условно-упругих экви­валентных напряжений Acffi/, равный наибольшему значению:

Ґс с >

Я; .Max и«;,тш

"mew n

5.1.5.5.2. Расчетная амплитуда напряжений при­нимается наибольшей из следующих величин, опре­деляемых по формулам:

N К]

Ґ \т 1,25-2-

Где т определяется согласно п. 2.6. Значения параметра Dc приведены на рис. 5.1. Ре­комендуется принимать о. t = 1,5[с].

А А:

= До„ Да,,,

5.1.5.5.3. Если деталь подвергается действию цик­лов разного типа, то величина расчетной амплитуды од определяется отдельно для каждого типа цикла.

5.1.5.6. Допускаемая амплитуда переменных напряжений

5.1.5.6.1. Для оценки допускаемой амплитуды пе­ременных напряжений [а*] при заданном числе цик­лов N или допускаемого числа циклов [ЛГ*] при задан­ной амплитуде напряжений са используется принцип суммирования повреждений в виде

Рис. 5.1. Суммарная повреждаемость как функция от повреждаемости, вызванной ползучестью

5.1.5.6.2. Допускаемая амплитуда переменных на­пряжений [c? J для заданного числа циклов N или до­пускаемое число циклов [/V] для заданной амплитуды переменных напряжений аа без учета влияния повреж­дения от ползучести определяются по кривым мало­цикловой усталости, приведенным на графиках для максимальной температуры цикла (рис. 5.2, 5.3, 5.4).

Расчетные кривые откорректированы в целях уче­та влияния среднего напряжения (асимметрии цик­ла). Поскольку при испытаниях, по результатам ко­торых построены усталостные кривые, не учитыва­лось влияние коррозии при нарушениях водного режима и консервации котлов и трубопроводов, вли­яние этих факторов должно учитываться введением дополнительного коэффициента запаса по напряже­ниям не менее 4 или по долговечности не менее 50.

5.1.5.6.3. При максимальных температурах ме­талла, отличающихся от приведенных на графиках (см. рис. 5.2, 5.3, 5.4), допускаемая амплитуда напря­жений [aj или допускаемое число циклов [N] опреде­ляются линейной интерполяцией; экстраполяция кривых не допускается.

Цикл N Рис. 5.2. Расчетные кривые малоцикловой усталости углеродистых сталей

Рис. 5.3. Расчетные кривые малоцикловой усталости низколегированных сталей марок 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 12МХ и 15ХМ

5.1.5.6.4. Расчетное напряжение при ползучести <зс представляет собой максимальное главное нор­мальное напряжение, определенное с учетом пластич­ности и ползучести материала при номинальном ре­жиме эксплуатации.

10і 10і ІО4 10і 10* Цикл N Рис. 5.4. Расчетные кривые малоцикловой усталости аустенитных хромоникелевых сталей

Примечание. До разработки соответствующей методики рас­чета барабанов и коллекторов допускается принимать ас наиболь­шим из значений, вычисленных по формулам:

<Ус = Каеч;ос = Каечс,

ГдеК= 1,4 при——— у——— —г<1;

1,5 ([а] +[с] )

\L -"Max L Jmin /

Да .

К-1,5 при >1.

Значения о^ и atqc следует определять, принимая значения ко­эффициента ослабления отверстиями ф = 1.

5.1.5.6.5. Если 1,25(о./ст с) > 1, то допускается не более 1000 расчетных циклов пуск-останов; если 1,25(ас/ат с) < 0,5, то повреждаемость от ползучести не учитывается.

5.1.5.6.6. Если в расчетной точке детали имеются сварные швы, то допускаемое число циклов уменьша­ется в два раза по сравнению с полученным по кри­вым малоцикловой усталости при отсутствии швов.

5.1.5.6.7. Если деталь подвергается циклам нагру — жения различного типа при неизменных значениях параметров номинального режима, то для оценки долговечности следует использовать формулу

Если в процессе работы значения температуры и нагрузок при номинальном режиме изменяются, то для оценки долговечности следует использовать фор­мулу

<=1

5.1.5.6.8. Если заданное число циклов менее 1000, то расчет рекомендуется производить на 1000 циклов.