Прогноз разрушающего давления трубопровода с продольной трещиной по разрушающей нагрузке образца с трещиной
Authors: Варшицкий Виктор Миронович , Студёнов Евгений Павлович , Масликов Семен Николаевич , Богач Андрей Анатольевич , Лебеденко Игорь Борисович 
Published: December 2024

В статье приведен приближенный метод оценки упругопластического напряженно-деформированного состояния (НДС) вблизи вершины продольной поверхностной полуэллиптической трещины в трубопроводе и образце с трещиной и определения так называемой упругопластической вязкости разрушения JIc при известных из эксперимента разрушающих нагрузках трубопровода или образца с трещиной, геометрических параметрах, механических свойствах металла трубопровода (образца) и размеров дефекта. Метод основан на использовании правила Нейбера связи упругого и упругопластического НДС и так называемого HRR-решения (упругопластического распределения напряжений вблизи вершины трещины при известном значении J-интеграла). По совпадению распределения напряжений по методике при разрушающей нагрузке и HRR-решению определяется значение J-интеграла. Определенное таким образом значение J-интеграла является критерием разрушения JIc, так как оно определяется при разрушающей нагрузке. Распределение напряжений и значение J-интеграла в трубопроводе и образце с дефектом при разрушающей нагрузке можно также найти в результате компьютерного моделирования. Для иллюстрации предложенного критерия использованы приведенные в открытой печати результаты стендовых разрушающих испытаний трубных образцов с искусственным продольным узким надрезом. Проведено компьютерное моделирование НДС образца с трещиной по ширине и трубопровода с поверхностной продольной трещиной при разрушающих нагрузках с определением упругопластической вязкости разрушения JIc и сравнение с результатами расчета по приближенной методике. Получено удовлетворительное для практического применения соответствие результатов. Проведено сравнение результатов определения упругопластической вязкости разрушения при известной разрушающей нагрузке по разработанной методике и подходу, известному как CorLAS. Результаты работы позволяют по разрушающей нагрузке образца с краевой трещиной прогнозировать разрушающее давление трубопровода с продольной поверхностной трещиной из аналогичного материала.

The article presents an approximate method for the assessment of the elastic-plastic stress-strain state (SSS) near the tip of a longitudinal semi-elliptical surface crack in a pipeline and a cracked specimen, and for determination of the so-called elastic-plastic fracture toughness JIc under experimentally known failure loads on a pipeline or cracked specimen, geometrical parameters, mechanical properties of the pipeline (specimen) metal and dimensions of the defect. The method is based on the use of Neuber’s rule for connection between elastic and elastic-plastic SSS and the so-called HRR solution (elastic-plastic distribution of stresses near the crack tip with the known J-integral value). J-integral value is determined by the matching of the stress distribution according to the method under failure load and the HRR solution. J-integral value determined by this method is the failure criterion JIc, since it is determined under the failure load. The stress distribution and J-integral value in the pipeline and the specimen with a defect under the failure load can also be found by computer modeling. To illustrate the proposed criterion, we used the results of bench destructive tests of pipe specimens with an artificial longitudinal narrow notch available in the public media. The computer modeling of the SSS of a specimen with a lateral crack and a pipeline with a longitudinal surface crack under failure loads was made with the measurement of the elastic-plastic fracture toughness JIc and comparison with the calculation results using an approximate method. The results are satisfactory for practical application. The results of the elastic-plastic fracture toughness measurements at known failure loads were compared using the newly developed method and the approach known as CorLAS. By these results we can predict the bursting pressure for a pipeline with a longitudinal surface crack made of a similar material based on the failure load of a specimen with an edge crack. Keywords: bursting pressure, longitudinal crack, failure load, cracked specimen, pipeline