Диссертация (Разработка методики восстановления ресурса участка нефтепровода сварными муфтами), страница 9

3 нарис. 2.3,б).1243Рис. 2.5.Страница задания функций граничных условий: 1 – переключение страниц панели граничных условий; 2 – типы временных функций для моделированияНДС; 3, 4 – таблица и график одной из функцийГраничные условия задают для внешних границ модели (для трехмерноймодели это части её внешней поверхности, а для двумерной плоской или осесимметричной - линии внешнего контура).

Для формирования граничных условий используется диалоговая панель «Редактирование граничных условий».Условия на границах задают в виде функций от времени на странице панели«Функции режимов и среды» (поз.1, Рис. 2.5). При моделировании НДС (моделируемый процесс - «Деформация») задаются перемещения узлов (закреплений), а также сосредоточенные и распределенные силы (поз.2).5112354Рис. 2.6.Страница формирования граничных условий для стадий процесса: 1 – переключение страниц граничных условий; 2 – сводная таблица граничных условий; 3 –окна добавления граничных условий; 4 – управление длительностью стадий; 5 –управление дополнительными параметрами стадийРедактирование списка всех граничных условий, а также параметров точности решения и вывода результатов производят на странице «Стадии и границы» (Рис.

2.6). Перечень граничных условий для стадий процесса отображаетсяв виде таблицы (поз.2). Стадией называется часть всего процесса, на протяжении которой состав граничных условий не изменяется. Задание и редактирование граничных условий осуществляется путем формирования строки (поз. 3) идобавлением сформированной строки в таблицу кнопкой. Продолжитель-ность стадии и шаг вывода результатов задают в окнах редактирования (поз.4).Решение системы уравнений метода конечных элементов осуществляетсяитерационно, до достижения заданной точности решения. Кнопка «Параметры52стадии» (поз.5, Рис. 2.6) вызывает диалоговую панель, позволяющей для каждойстадии отдельно выбирать точность решения и условия завершения итераций(Рис.

2.7), а также учитывать в расчете геометрическую нелинейность.Рис. 2.7.Управление дополнительными параметрами стадийРис. 2.8.Диалоговая панель «Запуск на счёт»При отключении геометрической нелинейности действует принципначальных размеров: перемещения узлов не учитываются при определении параметров конечных элементов. Изменение координат узлов модели после каж-53дого шага решения на величину перемещений, а также использование реальнойдиаграммы упрочнения повышают точность расчета НДС за пределами упругости [96].После подготовки полного комплекта данных производится запуск решения задачи с помощью диалоговой панели «Запуск на счет» (Рис. 2.8).Диалоговая панель позволяет выбрать число анализируемых стадий решения, а также начать решение с начала или продолжить ранее начатый и не законченный расчет.Применение ПК «Сварка» позволяет проводить расчет напряженного состояния для выявления опасных зон, а также позволяет оценивать эффективность применяемых способов повышения ресурса.2.2.2.

Реализация модели изотропного материала с трансляционнымупрочнениемПравильный выбор модели поведения материала под нагрузкой являетсяважным аспектом корректного расчета напряженного состояния. Модель идеально-упругого материала хорошо подходит при предварительном анализе конструкции и решении задач линейной механики разрушения. Идеальноупругопластическая модель без учета упрочнения и релаксации материала применяется при моделировании сварочных процессов.При воздействии эксплуатационных нагрузок материал испытывает сложное знакопеременное нагружение. В этом случае наиболее адекватной являетсямодель трансляционного упрочнения с эффектом Баушингера [97].

Согласноэтой модели, в исходном недеформированном состоянии поверхность текучестии поверхности упрочнения представляют собой семейство концентрических гиперсфер (Рис. 2.9,а).Радиус каждой поверхности упрочнения равен соответствующему уровнюинтенсивности напряжения на диаграмме упрочнения, радиус поверхности текучести равен пределу текучести. Для удобства реализации модели в компьютерной программе диаграмма упрочнения разбита на линейные участки. Прикусочно-линейной аппроксимации диаграммы упрочнения материала  и  f  ипл 54на каждом отрезке диаграммы модуль упрочнения H  d и постоянный.

Кажd иплдая пара соседних поверхностей упрочнения, соответствующих значениям  иkна концах отрезков диаграммы упрочнения, ограничивает область (полосуупрочнения) с постоянным значением модуля упрочнения Hk.σи2H3HH3H212H130G1SH1плεиG0б)а)Рис. 2.9.Схема модели материала с анизотропным упрочнением: а) исходное состояниематерила; б) состояние материал после нагружения в направлении вектора S. G– упругая область, H1, H2, H3, - полосы с различными модулями упрочнения;ломаной линией представлена диаграмма упрочненияУпрочнение при нагружении сопровождается нарушением изотропиисвойств материала (Рис.

2.9,б). После достижения вектором девиатора напряженного состояния S поверхности текучести, она смещается вслед за концомвектора S. Вслед за ней, по мере достижения соответствующих уровней упрочнения, смещаются, не пересекаясь, все другие поверхности упрочнения.

Те изних, уровень упрочнения которых не достигнут, остаются неподвижными.Основная проблема при учете трансляционного упрочнения заключается всовмещении упрочнения и эффекта Баушингера в одной модели. Поведение материала под действием знакопеременной нагрузки описывается теорией микро-55напряжений [98]. Наиболее удобная для компьютерной реализации модель наоснове этой теории предложена в работах [99,100].

В методике моделированияиспользуется разделение девиатора напряжений на активную часть и микронапряжения в соответствии с выражением (2.1):Sij  Aij  Rij ,(2.1)где Sij –девиатор напряжений; Aij – активная часть девиатора Sij; Rij – девиатормикронапряжений.Активная часть девиатора отражает движение по диаграмме упрочнения иразвитие пластических деформаций. Микронапряжения отражают положениецентра поверхности текучести относительно первоначального начала координат.

В процессе одностороннего нагружения и роста пластической деформациипроисходит упрочнение материала в соответствии с диаграммой. В результатеувеличивается предел текучести и одновременно смещается центр поверхноститекучести. На Рис. 2.10,а представлен первый полуцикл нагрузки.По мере упрочнения от увеличения пластической деформации упругая область G смещается в направлении вектора Sij, а за ней в том же направлениисмещаются и границы соседних полос упрочнения до точки K.

Центр упругойобласти перемещается в точку O1. Отсюда следует, что при движении в обратном направлении ширина полос упрочнения увеличивается в два раза. На втором полуцикле происходит упругая разгрузка, а затем возникает пластическаядеформация противоположного знака. При этом происходит поочередное обратное смещение поверхностей текучести и полос упрочнения (Рис. 2.10,б).Точка K на диаграмме, от которой началась разгрузка, отмечается как точка реверса и запоминается в тензоре микронапряжений.Тензор микронапряжений непрерывно изменяется по мере изменения пластической деформации.

Для упрощения алгоритма можно принять его постоянным в пределах каждой полосы упрочнения и изменяющимся скачком при переходе в следующую полосу. Тогда механизм деформирования в пределах каждой полосы становится близким к процессу изотропного упрочнения.56Sij = AijKG1LKRij =02 ТТO1HH2iL3HiO4LHа)iH4H3RijH2LТOLiSijLKSij=Aij+RijO1H1GKAijLLб)Рис.

2.10.Полуциклы нагрузки (а) и разгрузки (б) на схеме поверхностей упрочненияОсновных вариантов развития процесса деформирования от достигнутойточки (K, L) два: продолжение упрочнения и упругая разгрузка. Однако возможен и промежуточный вариант (Рис. 2.11,а), при котором положение точки надиаграмме упрочнения не изменяется (L=M), а происходит лишь поворот тензоров активных напряжений и микронапряжений.

После выхода за пределы полосы упрочнения, достигнутого к моменту предыдущего реверса нагрузки (Рис.2.11,б), влияние происходившего до этого реверса упрочнения на дальнейшийпроцесс прекращается (реверс забывается).57iMKб)KTб)iб)LL=Mа)iKб)MKTб)LLM i1iб)б)i2б) i 2  2   i1б)Рис. 2.11.Варианты нагружения относительно полос упрочнения:а) без перехода на новую полосу упрочнения; б) с переходом на новую полосуупрочненияПри реализации такой модели характер напряженного состояния на диаграмме деформирования материала соответствует Рис.

2.12. Первый полуциклнагружения вызовет существенную пластическую деформацию (  p1 ) в концентраторе. При смене знака нагрузки только часть пластической зоны испытает58пластическую деформацию противоположного знака, которая затем повторяетсяна последующих циклах (  pц ). , МПаLTK pц ,%T p1Рис. 2.12.Схема накопления пластической деформации при малоцикловом нагруженииДля моделирования циклического нагружения существуют и более простыемодели.

Они применимы при сохранении постоянства соотношений между компонентами тензора напряжений (когда все они пропорциональны одному параметру, изменяющемуся во времени). Однако в сложных сварных узлах это условие не выполняется. Как правило, на сварное соединение может действовать несколько независимых переменных и постоянных нагрузок. Одной из такихнагрузок можно также считать остаточные технологические (сварочные) напряжения. Такой характер нагружения требует для своего воспроизведения описанной выше сложной модели поведения материала.Начальные напряжения (остаточные сварочные или при гидроиспытанияхучастка нефтепровода перед вводом его в эксплуатацию) также приводят ксмещению полос упрочнения, которое не устраняется последующей рабочей59нагрузкой, поскольку испытательная нагрузка, как правило, выше рабочей.