Анотація до роботи:

Побережний Л. Я. Закономірності деформації і руйнування морських трубопроводів при статичному та низькочастотному навантаженні.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.13 – нафтогазопроводи, бази та сховища.- Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Івано-Франківськ, 2002.

Створено та науково обґрунтовано ефективність розширеної інженерної методики дослідження деформації і руйнування матеріалу морських трубопроводів при статичному та низькочастотному навантаженні з урахуванням впливів структури, масштабного фактору, концентрації напружень, частоти навантаження, асиметрії циклу напружень, агресивності середовища, а також комбінації цих впливів. Розроблено автоматизовану випробовувальну систему з ЕОМ та оригінальне програмне забезпечення для комплексних досліджень в кінетиці деформації, руйнування, електродного потенціалу матеріалу трубопроводу в робочих (технологічних) середовищах, а також сканованих поверхонь зламів, забезпечуючи імітацію умов навантаження елемента трубопроводу. Введено комплексне поняття про малоциклову та багатоциклову низькочастотну втому і корозійну втому морських трубопроводів, спираючись на ґрунтовний аналіз умов їх експлуатації та деформаційно-кінетичне трактування процесу. Побудовано повні криві низькочастотної втоми для сталі трубопроводу з різною структурою та зварного з’єднання. Вперше, в області низькочастотної (0,8 Гц) малоциклової втоми та корозійної втоми, виявлено аномальну деформаційну поведінку текстурованої сталі 20 та зварного з’єднання, яка проявляється у виникненні деформаційних піків. З метою подальшого розвитку теорії низькочастотної корозійної втоми, вперше кінетичні криві деформації та електродного потенціалу представлено в об’єднаному вигляді, а їх аналіз виконується комплексно з графічною інтерпретацією макробудови поверхні руйнування. Запропоновано способи прискореної оцінки корозійної витривалості основного металу та зварного з’єднання труб за прогнозованими ділянками кривих низькочастотної корозійної втоми, побудованими з використанням однієї або двох експериментальних точок. Вперше введено поняття про кінетичний цикл росту втомної (корозійно-втомної) тріщини. Показано, що тривалість кінетичного циклу є важливою характеристикою низькочастотної втоми, чутливою до величини _а та впливу середовища. Запропоновано методику визначення деформаційних областей низькочастотної втоми морських трубопроводів, а саме спонтанної, прогнозованої та безпечної деформації, і показано її ефективність у випадку, коли характеристики граничних станів є малочутливими до зміни структури трубної сталі.

1. Створено та експериментально перевірено ефективність розширеної інженерної методики дослідження деформації і руйнування матеріалу морських трубопроводів при статичному та низькочастотному навантаженні з урахуванням впливів структури, масштабного фактору, концентрації напружень, частоти навантаження, асиметрії циклу напружень, агресивності середовища, а також комбінації цих впливів. Розроблено конструкції, типову технологію виготовлення експериментальних зразків-моделей, автоматизовану випробовувальну систему з ЕОМ та оригінальне програмне забезпечення для комплексних досліджень в кінетиці деформації, руйнування, електродного потенціалу матеріалу трубопроводу в робочих (технологічних) середовищах, а також сканованих поверхонь зламів, забезпечуючи імітацію умов навантаження елемента трубопроводу.

2. Розроблено: спосіб оперативної діагностики зламів матеріалів, який полягає в тому, що сканують поверхню руйнування, опрацьовують одержаний цифровий відбиток в графічному редакторі і, використовуючи комп’ютерну базу даних, роблять висновки про характер та причини руйнування; спосіб визначення при ступінчастому навантаженні чистим згином умовної границі текучості – напруження, при якому пластична деформація _пл = _т 0,002, що пов’язується з реальними умовами навантаження морських трубопроводів.

3. Запропоновано використовувати зведені діаграми згину у схематизованому вигляді для визначення нестандартних характеристик пружності, пластичності, деформаційного зміцнення, повзучості та пояснення поведінки сталі в конструкції трубопроводу і уточнення розрахунків.

4. Виходячи з теорії приросту деформації, запропоновано новий методичний підхід до оцінки пластичності та визначення граничної залишкової деформації _гр, при якій експлуатація зварного з’єднання може вважатися ще безпечною, заснований на побудові кривих „номінальне напруження – залишкова деформація _з”.

5. Дано всебічний аналіз діаграм згину зразків-моделей з кільцевим надрізом та розроблено спосіб визначення величини критичного розкриття надрізу , що відповідає границі міцності повторно-деформованих зразків з надрізом .

6. Введено комплексне поняття про малоциклову та багатоциклову низькочастотну втому і корозійну втому морських трубопроводів, спираючись на ґрунтовний аналіз умов їх експлуатації та деформаційно-кінетичне трактування процесу. Побудовано придатні для інженерних розрахунків повні криві низькочастотної втоми для сталі трубопроводу з різною структурою та зварного з’єднання і дано пояснення характерних ділянок, виявлених перегинів та розривів на кривих втоми, використовуючи кінетичні криві деформації і руйнування та комп’ютерний макроструктурний аналіз сканованих зламів.

7. Вперше, на гладких зразках-моделях з l_p/d = 4 та 10 в області низькочастотної (0,8 Гц) малоциклової втоми, виявлено аномальну деформаційну поведінку текстурованої сталі 20 та зварного з’єднання, яка проявляється у виникненні деформаційних піків, зумовлених послідовним проходженням інтенсивних швидкоплинних процесів циклічного знеміцнення та зміцнення, а також інверсію втомної довговічності зварного з’єднання, що пов’язана з ефектами циклічного деформування, розкритими за допомогою кінетичних кривих деформації та діаграм циклічного кругового згину.

8. Експериментально підтверджено можливість прискореної оцінки границі витривалості основного металу та зварного з’єднання труб за діаграмами статичного та циклічного кругового згину, а також результатами випробовувань зразків-моделей з підібраними геометричними параметрами надрізу. Запропоновано методику визначення деформаційних областей низькочастотної втоми, а саме спонтанної, прогнозованої та безпечної деформації, і показано її ефективність у випадку, коли характеристики граничних станів _-1 та є малочутливими до зміни структури трубної сталі.

9. Показано, що в діапазоні _а = 60…280 МПа збільшення частоти навантаження від 0,8 до 50 Гц спричинює зростання довговічності сталі трубопроводу у морській воді в 5…6,7 разів, і доведено неможливість заміни низькочастотних корозійно-втомних випробовувань поширеними випробовуваннями з частотою 50 Гц, оскільки при _а < _-1 руйнування контролюється не навантаженням, а часом хімічної, фізичної та фізико-хімічної дії середовища. Розроблено способи прискореної оцінки корозійної витривалості основного металу та зварного з’єднання труб за прогнозованими ділянками кривих низькочастотної корозійної втоми, побудованими з використанням однієї або двох експериментальних точок, а також спосіб спрощеної побудови діаграм граничних напружень циклу за результатами випробовувань в статиці та при низькочастотному навантаженні з використанням трьох характерних напружень: _-1 (_-1кор), , .

10. Вперше, на гладких зразках-моделях з l_p/d = 10 в області низькочастотного (0,8 Гц) малоциклового навантаження, виявлено аномальну деформаційну поведінку текстурованої сталі 20 у морській воді, яка відрізняється від подібної поведінки сталі у повітрі інтенсивнішим циклічним знеміцненням на І стадії та менш інтенсивним повторним знеміцненням на ІІІ стадії.

11. За кінетичними кривими ^н – N виявлено складний характер впливу корозійного середовища на розвиток процесів деформації і руйнування в зоні концентратора напружень, особливо при _а < , в результаті якого біля вершини кільцевого надрізу формується сітка одиничних корозійно-втомних тріщин, вершини яких, внаслідок електрохімічного розчинення, притуплюються, що, в цілому, призводить до перетину кривих втоми та корозійної втоми і утворення області, в якій корозійна витривалість зразків з надрізом підвищується, порівняно з повітрям, в 2 і більше разів.

12. З метою подальшого розвитку теорії низькочастотної корозійної втоми, вперше кінетичні криві (_а) – t (N) та -Е – t (N) представлено в об’єднаному вигляді і відзначено відсутність кореляції між ЕП та пружно-пластичними деформаціями. Показано, що швидкоплинні процеси на початкових стадіях корозійної втоми добре простежуються за кінетичними кривими деформації, а процес накопичення та розвитку пошкоджень, коли відбувається стабілізація деформації або незначна її зміна, краще інтерпретувати за кінетичними кривими ЕП. Вперше введено поняття про кінетичний цикл росту втомної (корозійно-втомної) тріщини, який, незалежно від _а, може відбуватися за схемою: прискорений ріст – рівномірний ріст зі швидкістю V₁ – гальмування – рівномірний ріст зі швидкістю V₂.

Публікації автора:

1. Крижанівський Є. І., Побережний Л. Я. Установка для комплексних досліджень малоциклової втоми матеріалу морських трубопроводів у робочих середовищах // Нафт. і газова пром-сть.- 2001.- № 5.- С. 44-45

   Крижанівський Є. І., Побережний Л. Я. Прогнозування поведінки матеріалу трубопроводу за даними повторно-статичних випробовувань лабораторних зразків-моделей // Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. Серія: Нафтогазопромислове обладнання.- 2001.- 4.- № 38.- С. 3-8

   Крижанівський Є. І., Побережний Л. Я. Кінетика деформування сталі трубопроводу при низькочастотній втомі // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ.- 2001.- №1.- С. 62-67

   Крижанівський Є. І., Побережний Л. Я. Особливості деформування текстурованої сталі трубопроводу при навантаженні чистим згином // Науковий вісник Національного Технічного Університету Нафти і Газу.- 2001.- № 1.- С. 57-61

   Побережний Л. Я. Оцінка працездатності трубопроводу з концентраторами напружень // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ.- 2002.- №2 (3).- С. 36-38

   Крижанівський Є. І., Побережний Л. Я. Методологічні аспекти дослідження взаємозв’язку процесів деформації та руйнування трубопроводів // Нафт. і газова пром-сть.- 2002.- №. 5.- С. 33-38

   Крижанівський Є. І., Побережний Л. Я. Перспективи використання автоматизованих випробовувальних систем з ЕОМ для оцінки корозійно-механічних властивостей матеріалів морських трубопроводів // Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды КГПУ. Вып. 1/2001 (10)- Кременчуг: КГПУ, 2001.- С. 21-23

   Крижанівський Є. І., Побережний Л. Я., Ровінський В. А. Удосконалена автоматизована випробовувальна система з ЕОМ для дослідження корозійно-механічного руйнування // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ.- Кременчук: КДПУ, 2002.- Вип. 1(12).- С. 292-294

   Крижанівський Є. І., Побережний Л. Я. Низькочастотна корозійна втома сталі морських трубопроводів // Фіз. хім. механіка матеріалів. Спец. вип. № 3. Проблеми корозії і протикорозійного захисту матеріалів.- 2002.- Т .2.- С. 794-797

   Крижанівський Є. І., Побережний Л. Я. Деформаційна поведінка сталі трубопроводу при низькочастотній втомі // Трибофатика: Пр. 4-го Міжнародного симпозіуму з трибофатики, 23-27 вересня 2002 р., Тернопіль (Україна) / Відп. ред. В. Т. Трощенко.- Тернопіль: Тернопільський державний технічний університет ім. І. Пулюя, 2002.- Т. 1.- С. 296-300

   Крыжанивский Е. И., Побережный Л. Я. Исследование несущей способности стали морских трубопроводов при низкочастотной усталости // Электронный журнал "Исследовано в России".- 2001.- С. 1083-1089

   12. Побережный Л. Я. Сопротивление стали трубопровода деформации при статическом ступенчатом нагружении // Динамика, прочность и износостойкость машин.- 2002.- Вып. 9.- С. 3-8

       Крижанівський Є. І., Побережний Л. Я. Спосіб оперативної діагностики зломів матеріалів / Деклараційний патент № 46499А, кл. 7 G01N21/00, G01N3/00. Держдепартамент ІВ, Бюл. № 5. 15.05.2002

       Побережний Л. Я. Комп’ютеризована установка для корозійно-механічних випробовувань матеріалу морських трубопроводів // Автоматизація технологічних об’єктів і процесів. Пошук молодих. Збірник наукових праць І Всеукраїнської науково-технічної конференції аспірантів та студентів в м. Донецьку 15-16 травня 2001р.- Донецьк: ДонДТУ, 2001.- С. 172-174

       Побережний Л. Я., Ровінський В. А. Вимірювальний комплекс з АЦП на основі мікросхеми AD7714 // Автоматизація технологічних об’єктів і процесів. Пошук молодих. Збірник наукових праць ІІ Міжнародної науково-технічної конференції аспірантів та студентів в м. Донецьку 25-26 квітня 2002р.- Донецьк: ДонДТУ, 2002.- С. 199-201

       Побережний Л. Я., Шишкін В. О. Використання діаграм граничних напружень для прогнозування втомного та корозійно-втомного руйнування матеріалу морських трубопроводів // Тези наук.-техн. конф. проф.-викл. складу унів-ту, Івано-Франківськ: ІФДТУНГ, 2001.- С. 50-52