Расчет допустимого напряжения металла
Калькулятор онлайн определяет расчетные допускаемые напряжения σ в зависимости от расчетной температуры для различных марок материалов следующих типов: углеродистая сталь, хромистая сталь, сталь аустенитного класса, сталь аустенито-ферритного класса, алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы, титан и его сплавы согласно ГОСТ-52857.1-2007 [1].
Send mail и мы будем знать, что движемся в правильном направлении.
Спасибо, что не прошели мимо!
I. Методика расчета:
Допускаемые напряжения были определены согласно ГОСТ-52857.1-2007 [1].
для углеродистых и низколегированных сталей
- При расчетных температурах ниже 20°С допускаемые напряжения принимают такими же, как и при 20°С, при условии допустимого применения материала при данной температуре.
- Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,5 МПа в сторону меньшего значения.
- Для стали марки 20 при Re/20 5 ч. Для расчетного срока эксплуатации до 2*10 5 ч допускаемое напряжение, расположенное ниже горизонтальной черты, умножают на коэффициент: для углеродистой стали на 0,8; для марганцовистой стали на 0,85 при температуре < 450 °С и на 0,8 при температуре от 450 °С до 500 °С включительно.
для теплоустойчивых хромистых сталей
- При расчетных температурах ниже 20 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как при 20 °С при условии допустимого применения материала при данной температуре.
- Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,5 МПа в сторону меньшего значения.
- Допускаемые напряжения, расположенные ниже горизонтальной черты, действительны при ресурсе 10 5 ч. Для расчетного срока эксплуатации до 2*10 5 ч допускаемое напряжение, расположенное ниже горизонтальной черты, умножают на коэффициент 0,85.
для жаропрочных, жаростойких и коррозионно-стойких сталей аустенитного класса
- При расчетных температурах ниже 20 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как и при 20 °С, при условии допустимого применения материала при данной температуре.
- Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют интерполяцией двух ближайших значений, указанных в таблице, с округлением результатов до 0,5 МПа в сторону меньшего значения.
- Для поковок из стали марок 12Х18Н10Т, 10X17H13M2T, 10Х17Н13М3Т допускаемые напряжения при температурах до 550 °С умножают на 0,83.
- Для сортового проката из стали марок 12Х18Н10Т, 10X17H13M2T, 10Х17Н13М3Т допускаемые напряжения при температурах до 550 °С умножают на отношение (R*p0,2/20) / 240.
(R*p0,2/20 — предел текучести материала сортового проката определен по ГОСТ 5949). - Для поковок и сортового проката из стали марки 08X18H10T допускаемые напряжения при температурах до 550 °С умножают на 0,95.
- Для поковок из стали марки 03X17H14M3 допускаемые напряжения умножают на 0,9.
- Для поковок из стали марки 03X18H11 допускаемые напряжения умножают на 0,9; для сортового проката из стали марки 03X18H11 допускаемые напряжения умножают на 0,8.
- Для труб из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) допускаемые напряжения умножают на 0,88.
- Для поковок из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) допускаемые напряжения умножают на отношение (R*p0,2/20) / 250.
(R*p0,2/20 — предел текучести материала поковок, определен по ГОСТ 25054). - Допускаемые напряжения, расположенные ниже горизонтальной черты, действительны при ресурсе не более 10 5 ч.
Для расчетного срока эксплуатации до 2*10 5 ч допускаемое напряжение, расположенное ниже горизонтальной черты, умножают на коэффициент 0,9 при температуре < 600 °С и на коэффициент 0,8 при температуре от 600 °С до 700 °С включительно.
для жаропрочных, жаростойких и коррозионно-стойких сталей аустенитного и аустенитно-ферритного класса
- При расчетных температурах ниже 20 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как и при 20 °С, при условии допустимого применения материала при данной температуре.
- Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют интерполяцией двух ближайших значений, указанных в настоящей таблице, с округлением до 0,5 МПа в сторону меньшего значения.
для алюминия и его сплавов
- Допускаемые напряжения приведены для алюминия и его сплавов в отожженном состоянии.
- Допускаемые напряжения приведены для толщин листов и плит алюминия марок А85М, А8М не более 30 мм, остальных марок — не более 60 мм.
- Для промежуточных значений расчетных температур стенки допускаемые напряжения определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,1 МПа в сторону меньшего значения.
для меди и ее сплавов
- Допускаемые напряжения приведены для меди и ее сплавов в отожженном состоянии.
- Допускаемые напряжения приведены для толщин листов от 3 до 10 мм.
- Для промежуточных значений расчетных температур стенки допускаемые напряжения определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,1 МПа в сторону меньшего значения.
для титана и его сплавов
- При расчетных температурах ниже 20 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как при 20 °С, при условии допустимости применения материала при данной температуре.
- Для поковок и прутков допускаемые напряжения умножаются на 0,8.
II. Определения и обозначения:
Расчетная температура
- [1],п.5.1. Расчетную температуру используют для определения физико-механических характеристик материала и допускаемых напряжений, а также при расчете на прочность с учетом температурных воздействий.
- [1],п.5.2. Расчетную температуру определяют на основании теплотехнических расчетов или результатов испытаний, или опыта эксплуатации аналогичных сосудов.
- За расчетную температуру стенки сосуда или аппарата принимают наибольшую температуру стенки. При температуре ниже 20 °С за расчетную температуру при определении допускаемых напряжений принимают температуру 20 °С.
- [1],п.5.3. Если невозможно провести тепловые расчеты или измерения и если во время эксплуатации температура стенки повышается до температуры среды, соприкасающейся со стенкой, то за расчетную температуру следует принимать наибольшую температуру среды, но не ниже 20 °С.
- При обогреве открытым пламенем, отработанными газами или электронагревателями расчетную температуру принимают равной температуре среды, увеличенной на 20 °С при закрытом обогреве и на 50 °С при прямом обогреве, если нет более точных данных.
- [1],п.5.4. Если сосуд или аппарат эксплуатируются при нескольких различных режимах нагружения или разные элементы аппарата работают в разных условиях, для каждого режима можно определить свою расчетную температуру (ГОСТ-52857.1-2007, п.5).
Блок исходных данных выделен желтым цветом , блок промежуточных вычислений выделен голубым цветом , блок решения выделен зеленым цветом .
Приложение 1. Допускаемые напряжения для разных видов сталей
Примечания:
1. При расчетных температурах ниже 20 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как при 20 °С, при условии допустимого применения материала при данной температуре.
2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,5 МПа (5 кгс/см 2 ) в сторону меньшего значения.
3. Для стали марки 20 при R 20 ee/220 (R 20 e/2200).
4. Для стали марки 10Г2 при R 20 p0,2 p0,2 /270 (R 20 p0,2 <2700).
5. Для стали марок 09Г2С, 16ГС классов прочности 265 и 296 по ГОСТ 19281 допускаемые напряжения независимо от толщины листа принимают равными указанным в графе, соответствующей толщине свыше 32 мм.
Таблица 6. Допускаемые напряжения для теплоустойчивых хромистых сталей
| Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С | Допускаемое напряжение [σ], МПа (кгс/см 2 ), для сталей марок, МПа (кгс/см 2 ), для сталей марок | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 12ХМ | 12МХ | 15ХМ | 15Х5М | 15Х5М-У | |
| 20 | 147 (1470) | 147 (1470) | 155 (1550) | 146 (1460) | 240 (2400) |
| 100 | 146,5 (1465) | 146,5 (1465) | 153 (1530) | 141 (1410) | 235 (2350) |
| 150 | 146 (1460) | 146 (1460) | 152,5 (1525) | 138 (1380) | 230 (2300) |
| 200 | 145 (1450) | 145 (1450) | 152 (1520) | 134 (1340) | 225 (2250) |
| 250 | 145 (1450) | 145 (1450) | 152 (1520) | 127 (1270) | 220 (2200) |
| 300 | 141 (1410) | 141 (1410) | 147 (1470) | 120 (1200) | 210 (2100) |
| 350 | 137 (1370) | 137 (1370) | 142 (1420) | 114 (1140) | 200 (2000) |
| 375 | 135 (1350) | 135 (1350) | 140 (1400) | 110 (1100) | 180 (1800) |
| 400 | 132 (1320) | 132 (1320) | 137 (1370) | 105 (1050) | 170 (1700) |
| 410 | 130 (1300) | 130 (1300) | 136 (1360) | 103 (1030) | 160 (1600) |
| 420 | 129 (1290) | 129 (1290) | 135 (1350) | 101 (1010) | 150 (1500) |
| 430 | 127 (1270) | 127 (1270) | 134 (1340) | 99 (990) | 140 (1400) |
| 440 | 126 (1260) | 126 (1260) | 132 (1320) | 96 (960) | 135 (1350) |
| 450 | 124 (1240) | 124 (1240) | 131 (1310) | 94 (940) | 130 (1300) |
| 460 | 122 (1220) | 122 (1220) | 127 (1270) | 91 (910) | 126 (1260) |
| 470 | 117 (1170) | 117 (1170) | 122 (1220) | 89 (890) | 122 (1220) |
| 480 | 114 (1140) | 114 (1140) | 117 (1170) | 86 (860) | 118 (1180) |
| 490 | 105 (1050) | 105 (1050) | 107 (1070) | 83 (830) | 114 (1140) |
| 500 | 96 (960) | 96 (960) | 99 (990) | 79 (790) | 108 (1080) |
| 510 | 82 (820) | 82 (820) | 84 (840) | 72 (720) | 97 (970) |
| 520 | 69 (690) | 69 (690) | 74 (740) | 66 (660) | 85 (850) |
| 530 | 60 (600) | 57 (570) | 67 (670) | 60 (600) | 72 (720) |
| 540 | 50 (500) | 47 (470) | 57 (570) | 54 (540) | 58 (580) |
| 550 | 41 (410) | - | 49 (490) | 47 (470) | 52 (520) |
| 560 | 33 (330) | - | 41 (410) | 40 (400) | 45 (450) |
| 570 | - | - | - | 35 (350) | 40 (400) |
| 580 | - | - | - | 30 (300) | 34 (340) |
| 590 | - | - | - | 28 (280) | 30 (300) |
| 600 | - | - | - | 25 (250) | 25 (250) |
Примечания:
1. При расчетных температурах ниже 20 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как при 20 °С, при условии допустимого применения материала при данной температуре.
2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,5 МПа (5 кгс/см 2 ) в сторону меньшего значения.
3. При расчетных температурах ниже 200 °С сталь марок 12МХ, 12ХМ, 15ХМ применять не рекомендуется.
Таблица 7 * Допускаемые напряжения для жаропрочных, жаростойких и коррозионностойких сталей аустенитного класса
| Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С | Допускаемое напряжение[σ], МПа (кгс/см 2 ), для сталей марок | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 03Х21Н21М4ГБ | 03Х18Н11 | 03Х17Н14М3 | 08Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, 08Х17Н13М2Т, 08Х17Н15М3Т | 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т | |
| 20 | 180 (1800) | 160 (1600) | 153 (1530) | 168 (1680) | 184 (1840) |
| 100 | 173 (1730) | 133 (1330) | 140 (1400) | 156 (1560) | 174 (1740) |
| 150 | 171 (1710) | 125 (1250) | 130 (1300) | 148 (1480) | 168 (1680) |
| 200 | 171 (1710) | 120 (1200) | 120 (1200) | 140 (1400) | 160 (1600) |
| 250 | 167 (1670) | 115 (1150) | 113 (1130) | 132 (1320) | 154 (1540) |
| 300 | 149 (1490) | 112 (1120) | 103 (1030) | 123 (1230) | 148 (1480) |
| 350 | 143 (1430) | 108 (1080) | 101 (1010) | 113 (1130) | 144 (1440) |
| 375 | 141 (1410) | 107 (1070) | 90 (900) | 108 (1080) | 140 (1400) |
| 400 | 140 (1400) | 107 (1070) | 87 (870) | 103 (1030) | 137 (1370) |
| 410 | - | 107 (1070) | 83 (830) | 102 (1020) | 136 (1360) |
| 420 | - | 107 (1070) | 82 (820) | 101 (1010) | 135 (1350) |
| 430 | - | 107 (1070) | 81 (810) | 100,5 (1005) | 134 (1340) |
| 440 | - | 107 (1070) | 81 (810) | 100 (1000) | 133 (1330) |
| 450 | - | 107 (1070) | 80 (800) | 99 (990) | 132 (1320) |
| 460 | - | - | - | 98 (980) | 131 (1310) |
| 470 | - | - | - | 97,5 (975) | 130 (1300) |
| 480 | - | - | - | 97 (970) | 129 (1290) |
| 490 | - | - | - | 96 (960) | 128 (1280) |
| 500 | - | - | - | 95 (950) | 127 (1270) |
| 510 | - | - | - | 94 (940) | 126 (1260) |
| 520 | - | - | - | 79 (790) | 125 (1250) |
| 530 | - | - | - | 79 (790) | 124 (1240) |
| 540 | - | - | - | 78 (780) | 111 (1110) |
| 550 | - | - | - | 76 (760) | 111 (1110) |
| 560 | - | - | - | 73 (730) | 101 (1010) |
| 570 | - | - | - | 69 (690) | 97 (970) |
| 580 | - | - | - | 65 (650) | 90 (900) |
| 590 | - | - | - | 61 (610) | 81 (810) |
| 600 | - | - | - | 57 (570) | 74 (740) |
| 610 | - | - | - | - | 68 (680) |
| 620 | - | - | - | - | 62 (620) |
| 630 | - | - | - | - | 57 (570) |
| 640 | - | - | - | - | 52 (520) |
| 650 | - | - | - | - | 48 (480) |
| 660 | - | - | - | - | 45 (450) |
| 670 | - | - | - | - | 42 (420) |
| 680 | - | - | - | - | 38 (380) |
| 690 | - | - | - | - | 34 (340) |
| 700 | - | - | - | - | 30 (300) |
_______________ * Данные таблицы соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.
Примечания:
1. При расчетных температурах ниже 20 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как и при 20 °С, при условии допустимого применения материала при данной температуре.
2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют интерполяцией двух ближайших значений, указанных в таблице, с округлением результатов до 0,5 МПа (5 кгс/см 2 ) в сторону меньшего значения.
3. Для поковок из стали марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т допускаемые напряжения, приведенные в табл.7 при температурах до 550 °С, умножают на 0,83.
4. Для сортового проката из стали марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т допускаемые напряжения, приведенные в табл.7 при температурах до 550 °С, умножают на отношение
где Rp0,2* - предел текучести материала сортового проката определен по ГОСТ 5949; для сортового проката из стали марки 03Х18Н11 допускаемые напряжения умножаются на 0,8.
5. Для поковок и сортового проката из стали марки 08Х18Н10Т допускаемые напряжения, приведенные в табл.7 при температурах до 550 °С, умножают на 0,95.
6. Для поковок из стали марки 03Х17Н14М3 допускаемые напряжения, приведенные в табл.7, умножают на 0,9.
7. Для поковок из стали марки 03Х18Н11 допускаемые напряжения, приведенные в табл.7, умножают на 0,9; для сортового проката из стали марки 03Х18Н11 допускаемые напряжения умножают на 0,8.
8. Для труб из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) допускаемые напряжения, приведенные в табл.7, умножают на 0,88.
9. Для поковок из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) допускаемые напряжения, приведенные в табл.7, умножают на отношение
где Rp0,2* - предел текучести материала поковок, определен по ГОСТ 25054 (по согласованию).
Таблица 8. Допускаемые напряжения для жаропрочных, жаростойких и коррозионностойких сталей аустенитного и аустенито-ферритного класса
| Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С | Допускаемое напряжение [σ], МПа (кгс/см 2 ), для сталей марок | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 08Х18Г8Н2Т (КО-3) | 07Х13АГ20 (ЧС-46) | 02Х8Н22С6 (ЭП-794) | 15Х18Н12С4ТЮ (ЭИ-654) | 06ХН28МДТ, 03ХН28МДТ | 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т | |
| 20 | 230 (2300) | 233 (2330) | 133 (1330) | 233 (2330) | 147 (1470) | 233 (2330) |
| 100 | 206 (2060) | 173 (1730) | 106,5 (1065) | 220 (2200) | 138 (1380) | 200 (2000) |
| 150 | 190 (1900) | 153 (1530) | 100 (1000) | 206,5 (2065) | 130 (1300) | 193 (1930) |
| 200 | 175 (1750) | 133 (1330) | 90 (900) | 200 (2000) | 124 (1240) | 188,5 (1885) |
| 250 | 160 (1600) | 127 (1270) | 83 (830) | 186,5 (1865) | 117 (1170) | 166,5 (1665) |
| 300 | 144 (1440) | 120 (1200) | 76,5 (765) | 180 (1800) | 110 (1100) | 160 (1600) |
| 350 | - | 113 (1130) | - | - | 107 (1070) | |
| 375 | - | 110 (1100) | - | - | 105 (1050) | |
| 400 | - | 107 (1070) | - | - | 103 (1030) | |
Примечания:
1. При расчетных температурах ниже 20 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как и при 20 °С, при условии допустимого применения материала при данной температуре.
2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют интерполяцией двух ближайших значений, указанных в таблице, с округлением до 0,5 МПа (5 кгс/см 2 ) в сторону меньшего значения.
1. Общие требования
1.1.1. Расчетную температуру используют для определения физико-механических характеристик материала и допускаемых напряжений.
1.1.2. Расчетную температуру определяют на основании теплотехнических расчетов или результатов испытаний.
За расчетную температуру стенки сосуда или аппарата принимают наибольшее значение температуры стенки. При температуре ниже 20 °С за расчетную температуру при определении допускаемых напряжений принимают температуру 20 °С.
1.1.3. Если невозможно провести тепловые расчеты или измерения и если во время эксплуатации температура стенки повышается до температуры среды, соприкасающейся со стенкой, то за расчетную температуру следует принимать наибольшую температуру среды, но не ниже 20 °С.
При обогреве открытым пламенем, отработанными газами или электронагревателями расчетную температуру принимают равной температуре среды, увеличенной на 20 °С при закрытом обогреве и на 50 °С при прямом обогреве, если нет более точных данных.
1.2. Рабочее, расчетное и пробное давление
1.2.1. Под рабочим давлением для сосуда и аппарата следует понимать максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учета гидростатического давления среды и без учета допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана или других предохранительных устройств.
1.2.2. Под расчетным давлением в рабочих условиях для элементов сосудов и аппаратов следует понимать давление, на которое проводится их расчет на прочность.
Расчетное давление для элементов сосуда или аппарата принимают, как правило, равным рабочему давлению или выше.
При повышении давления в сосуде или аппарате во время действия предохранительных устройств более чем на 10%, по сравнению с рабочим, элементы аппарата должны рассчитываться на давление, равное 90% давления при полном открытии клапана или предохранительного устройства.
Для элементов, разделяющих пространства с разными давлениями (например, в аппаратах с обогревающими рубашками), за расчетное давление следует принимать либо каждое давление в отдельности, либо давление, которое требует большей толщины стенки рассчитываемого элемента. Если обеспечивается одновременное действие давлений, то допускается производить расчет на разность давлений. Разность давления принимается в качестве расчетного давления также для таких элементов, которые отделяют пространства с внутренним избыточным давлением от пространства с абсолютным давлением, меньшим чем атмосферное. Если отсутствуют точные данные о разности между абсолютным давлением и атмосферным, то абсолютное давление принимают равным нулю.
Если на элемент сосуда или аппарата действует гидростатическое давление, составляющее 5 % и выше рабочего, то расчетное давление для этого элемента должно быть повышено на это же значение.
1.2.3. Под пробным давлением в сосуде или аппарате следует понимать давление, при котором проводится испытание сосуда или аппарата.
1.2.4. Под расчетным давлением в условиях испытаний для элементов сосудов или аппаратов следует понимать давление, которому они подвергаются во время пробного испытания, включая гидростатическое давление, если оно составляет 5% или более пробного давления.
1.3. Расчетные усилия и моменты
За расчетные усилия и моменты принимают действующие для соответствующего состояния нагружения (например, при эксплуатации, испытании или монтаже), усилия и моменты, возникающие в результате действия собственной массы присоединенных трубопроводов, ветровой, снеговой и других нагрузок.
Расчетные усилия и моменты от ветровой нагрузки и сейсмических воздействий определяют по ГОСТ 24756.
1.4. Допускаемое напряжение, коэффициенты запаса прочности и устойчивости
1.4.1. Допускаемое напряжение [s] при расчете по предельным нагрузкам сосудов и аппаратов, работающих при статических однократных* нагрузках, определяют:
* Если сосуды и аппараты работают при многократных статических нагрузках, но количество циклов нагружения от давления, стесненности температурных деформаций или других воздействий не превышает 103, то такая нагрузка в расчетах на прочность условно считается однократной. При определении числа циклов нагружения не учитывают колебание нагрузки в пределах 15 % расчетной.
Предел ползучести используют для определения допускаемого напряжения в тех случаях, когда отсутствуют данные по пределу длительной прочности или по условиям эксплуатации необходимо ограничить величину деформации (перемещения).
При отсутствии данных по условному пределу текучести при 1 %-ном остаточном удлинении допускаемое напряжение для аустенитной стали определяют по формуле (1).
Для условий испытания допускаемое напряжение определяют по формуле
Для условий испытаний сосудов и аппаратов из аустенитных сталей допускаемое напряжение определяют по формуле
1.4.2. Коэффициенты запаса прочности должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 1.
Таблица 1
Для сосудов и аппаратов группы 3, 4 по «Правилам устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» Госгортехнадзора СССР коэффициент запаса прочности по временному сопротивлению nв допускается принимать равным 2,2.
В случае, если допускаемое напряжение для аустенитных сталей определяют по формуле (1), коэффициент запаса прочности nт по условному пределу текучести Rp0,2 для рабочих условий принимается равным 1,3.
Для сосудов и аппаратов, работающих в условиях ползучести при расчетном сроке эксплуатации 104 до 2×105 ч, коэффициент запаса прочности nд равен 1,5. При расчетном сроке эксплуатации 2×105 ч допускается коэффициент запаса прочности nд принимать равным 1,25, если выполняют контроль жаропрочности и длительной пластичности материала в эксплуатации, а отклонение в меньшую сторону длительной прочности и ползучести от среднего значения не превышает 20%.
Расчет на прочность цилиндрических обечаек и конических элементов, выпуклых и плоских днищ для условий испытания проводить не требуется, если расчетное давление в условиях испытания будет меньше, чем расчетное давление в рабочих условиях, умноженное на 1,35.
1.4.3. Поправочный коэффициент к допускаемым напряжениям (h) должен быть равен единице, за исключением стальных отливок, для которых коэффициент h имеет следующие значения:
- 0,8 - для отливок, подвергающихся индивидуальному контролю неразрушающими методами;
- 0,7 - для остальных отливок.
1.4.4. Для сталей, широко используемых в химическом, нефтехимическом и нефтеперерабатывающем машиностроении, допускаемые напряжения для рабочих условий при h = 1 должны соответствовать приведенным в приложении 1.
1.4.5. Для стального листового проката, изготовляемого согласно техническим условиям по двум группам прочности, допускаемые напряжения для первой группы прочности принимают по табл. 5 приложения 1. Для листового проката второй группы прочности (стали ВСт3пс, ВСт3сп, ВСт3Гпс и 09Г2С) допускаемое напряжение, принимаемое по табл. 5 приложения 1, увеличивают на 6%, а для стали 09Г2 - на 7 %. При применении сталей ВСт3пс ВСт3сп и ВСт3Гпс второй группы прочности при температуре выше 250 °С, а сталей 09Г2С и 09ГС второй группы прочности при температуре выше 300 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как для стали первой группы.
1.4.6. Разрешается допускаемое напряжение при температуре 20 °С определять по п. 1.4.1, принимая гарантированные значения механических характеристик в соответствии со стандартами или техническими условиями на стали с учетом толщины листового проката. При повышенных температурах допускаемые напряжения, принимаемые с учетом толщины проката и групп прочности стали, разрешается определять по нормативно-технической документации, утвержденной в установленном порядке.
1.4.7. Расчетные механические характеристики, необходимые для определения допускаемых напряжений при повышенных температурах для сталей, не приведенных в приложении 1, определяют после проведения испытаний представительного количества образцов, обеспечивающих гарантированные значения прочностных свойств.
1.4.8. Для элементов сосудов и аппаратов, работающих в условиях ползучести при разных за весь период эксплуатации расчетных температурах, в качестве допускаемого напряжения разрешается принимать эквивалентное допускаемое напряжение [s]экв, вычисляемое по формуле
где [s]i = [s]1; [s]2; . [s]n - допускаемое напряжение для расчетного срока эксплуатации при температурах ti (i = l, 2 . );
Ti - длительность этапов эксплуатации элементов с температурой стенки соответственно ti (i = l, 2 . ), ч;
- общий расчетный срок эксплуатации, ч;
m - показатель степени в уравнениях длительной прочности стали (для легированных жаропрочных сталей рекомендуется принимать m = 8).
Этапы эксплуатации при разной температуре стенки рекомендуется принимать по ступеням температуры в 5 и 10 °С.
1.4.9. Для сосудов и аппаратов, работающих при многократных нагрузках, допускаемую амплитуду напряжений определяют по ГОСТ 25859.
1.4.10. Для элементов сосудов и аппаратов, рассчитываемых не по предельным нагрузкам (например, фланцевых соединений) допускаемые напряжения должны определять по соответствующей нормативно-технической документации, утвержденной в установленном порядке.
1.4.11. Расчетные значения предела текучести, временного сопротивления и коэффициентов линейного расширения приведены в приложениях 2, 3.
1.4.12. Коэффициент запаса устойчивости (nу) при расчете сосудов и аппаратов на устойчивость по нижним критическим напряжениям в пределах упругости следует принимать:
- 2,4 - для рабочих условий;
- 1,8 - для условий испытания и монтажа.
1.5. Расчетные значения модуля продольной упругости
1.5.1. Расчетные значения модуля продольной упругости Е для углеродистых и легированных сталей в зависимости от температуры должны соответствовать приведенным в приложении 4.
1.6. Коэффициенты прочности сварных швов
При расчете на прочность сварных элементов сосудов и аппаратов в расчетные формулы следует вводить коэффициент прочности сварных соединений:
- jр - продольного шва цилиндрической или конической обечаек;
- jт - кольцевого шва цилиндрической или конической обечаек;
- jк - сварных швов кольца жесткости;
- ja - поперечного сварного шва для укрепляющего кольца;
- j, jА, jВ - сварных швов выпуклых и плоских днищ и крышек (в зависимости от расположения).
Числовые значения этих коэффициентов должны соответствовать значениям, приведенным в приложении 5.
Для бесшовных элементов сосудов и аппаратов j = 1.
1.7. Прибавки к расчетным толщинам конструктивных элементов
1.7.1. При расчете сосудов и аппаратов необходимо учитывать прибавку к расчетным толщинам элементов сосудов и аппаратов.
Исполнительную толщину стенки элемента сосуда и аппарата должны определять по формуле
где sp - расчетная толщина стенки элемента сосуда и аппарата.
Прибавку к расчетным толщинам следует определять по формуле
c = c1 + c2 + c3. (7)
При поверочном расчете прибавку вычитают из значений исполнительной толщины стенки.
Если известна фактическая толщина стенки, то при поверочном расчете можно не учитывать c2 и c3.
1.7.2. Обоснование всех прибавок к расчетным толщинам должно быть приведено в технической документации.
При двухстороннем контакте с коррозионной и (или) эрозионной средой прибавку c1 для компенсации коррозии и (или) эрозии должны соответственно увеличивать.
Технологическая прибавка c3 предусматривает компенсацию утонения стенки элемента сосуда или аппарата при технологических операциях - вытяжке, штамповке, гибке труб и т. д. В зависимости от принятой технологии эту прибавку следует учитывать при разработке рабочих чертежей.
Прибавки c2 и c3 учитывают в тех случаях, когда их суммарное значение превышает 5% номинальной толщины листа.
Технологическая прибавка c3 не включает в себя округление расчетной толщины до стандартной толщины листа.
При расчете эллиптических днищ, изготовляемых штамповкой, технологическую прибавку c3 для компенсации утонения в зоне отбортовки не учитывают, если ее значение не превышает 15% расчетной толщины листа.
1.8. Проверка на усталостную прочность
1.8.1. Для сосудов и аппаратов, работающих при многократных нагрузках с количеством циклов нагружения от давления, стесненности температурных деформаций или других воздействий более 103 за весь срок эксплуатации, кроме расчета по настоящему стандарту, следует выполнять проверку на усталостную прочность.
1.8.2. Сосуды и аппараты, работающие при многократных нагрузках, проверяют на циклическую прочность по ГОСТ 25859.
Допускаемое напряжение максимальное безопасное напряжение при эксплуатации рассматриваемой конструкции.
Общие сведения.
Расчеты труб и соединительных деталей на прочность проводят по номинальным допускаемым напряжениям [σ]. Номинальные допускаемые напряжения [σ] определяют по формулам:
— для углеродистых, низколегированных, ферритных, аустенитно-ферритных, мартенситных сталей и сплавов на железоникелевой основе
— для аустенитной хромоникелевой стали, алюминия, меди и их сплавов
При определении допускаемых напряжений для низко- и среднетемпературных трубопроводов характеристики длительной прочности σ2*10 5 /t и σ1/2*10 5 /t
При отсутствии данных об условном пределе текучести при 1%-ном остаточном удлинении допускается использовать значение условного предела текучести при 0,2%-ном остаточном удлинении σ0.2/t при этом допускается коэффициент запаса по σ0.2/t вместо 1,5 принимать равным 1,3.
Допускаемые напряжения для титановых сплавов вычисляют по формуле
где коэффициент принимают:
— для титанового листового проката и прокатных труб 2,6;
— для титановых прутков и поковок 3,0.
При отсутствии данных о пределе текучести и длительной прочности допускаемое напряжение для алюминия, меди и их сплавов вычисляют по формуле
где коэффициент принимают:
— для алюминия, меди и их сплавов 3,5;
— для алюминиевых литейных сплавов 7,0.
Если допускаемое напряжение для рабочих условий определено по формуле (5.4), то для трубопроводов из алюминия, меди и их сплавов допускаемое напряжение при испытаниях вычисляют по формуле
где коэффициент принимают:
— для алюминия, меди и их сплавов 1,8;
— для алюминиевых литейных сплавов 3,5.
Нормативные значения рекомендуется принимать согласно справочной и научно-технической литературе.
Для стальных трубопроводов, работающих в условиях ползучести при разных расчетных температурах, за допускаемое напряжение разрешается принимать , вычисляемое по формуле
где , , …, — длительность периодов эксплуатации трубопровода с расчетной температурой стенки соответственно , , …, , ч;
, , …, — номинальные допускаемые напряжения для расчетного срока эксплуатации при температурах соответственно , , …, , МПа;
— показатель степени в уравнениях длительной прочности стали (для легированных жаропрочных сталей рекомендуется принимать 8);
— общий расчетный срок эксплуатации, ч.
Допускаемые напряжения принимают в интервалах температур не более 30°С. При необходимости определения эквивалентных допускаемых напряжений для интервала температур более 30°С следует использовать среднее значение показателя степени согласно экспериментальным данным с базой испытаний не более 0,1 от ресурса, но не менее 10 ч.
Для материалов и конструкций, которые в настоящем стандарте не указаны, используют справочные и экспериментальные данные.
Читайте также: