ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ РЕЗЬБОВЫЕ
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ НА ВИБРОПРОЧНОСТЬ
ГОСТ 27456-87
Издание официальное
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ Москва
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ РЕЗЬБОВЫЕ
Порядок проведения нспытяннй на вибро прочность
Threaded pipe-line connections.
Procedure of vibration strength testing
ОКСТУ 4193
Дата введения 01.01.89
Несоблюдение стандарта преследует:;* по закону
Настоящий стандарт устанавливает порядок испытаю» резьбовых соединений трубопроводов на вибропрочность для оценки долговечности резьбовых соединений трубопроводов с заданной вероятностью нераэ-рушения по ГОСТ 20467-85 и схематизации случайных процессов при статистическом представлении результатов оценки вибронагружения соединений по ГОСТ 25.101-83.
Термины, определения и обозначения, применяемые в стандарте, -по ГОСТ 23207-78 и ГОСТ 27.002-83.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Цепью испытаний в соответствии с ГОСТ 25.507-85 является обеспечение требуемой безотказности и долговечности резьбовых соединений трубопроводов в эксплуатации.
1.2. Испытания всех видов соединений на вибропрочность должны проводиться при периодических и типовых испытаниях.
1.3. Выбор характеристик процессов нагружения должен соответствовать обобщенной или частной математической модели, учитывающей характер во времени и внутреннюю структуру процесса нагружения близкого к реальным условиям эксплуатации.
1.4. Объем испытаний устанавливается с учетом возможного рассеяния механических свойств материала элементов Соединений, подверженных вибрационным нагрузкам, и должен быть достаточным для оценки сопротивления усталости изготовляемых соединений.
Перепечатка воспрещена
© Издательство стандартов, 1988
ГОСТ 27456-87 С 2
2. ХАРАКТЕРИСТИКИ СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ, ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ
2.1. По результатам испытаний определяются: характеристика наклона кривой усталости в системе координат
о — lg N или lg а — lg N;
число циклов до точки перелома кривой усталости; среднее значение предела выносливости;
среднее квадратическое отклонение значений предела выносливости; коэффициент чувствительности к асимметрии нагружения.
2.2. Результаты периодических и типовых испытаний в виде характеристик сопротивления усталости вносятся в паспорт партии соединений, из которой произведена выборка испытанных соединений.
Среднее значение и среднее квадратическое отклонение значений предела выносливости представляют в виде экспериментальных выборочных значений и в виде доверительных интервалов для указанных характеристик с доверительными вероятностями 0,95 и 0,99,
3. ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ ПАРТИЯ
3.1. Испытаниям подвертаются резьбовые соединения в сборе с трубопроводом (или его частью), изготовленные в соответствии с государственными стандартами на конструкцию соединений.
3.2. Соединения, отобранные для испытаний, должны быть случайной выборкой из партии соединений одного типоразмера.
33. Объем выборки из партии соединений одного типоразмера-устанавливают в зависимости от точности характеристик сопротивления усталости, определяемой доверительными интервалами, которые в относительных величинах не должны превышать
[Р S D
. «<0,025, (1)
\ОГ °R
где л — объем выборки, or — выборочное среднее значение предела выносливости, SR — выборочное среднее квадратическое отклонение значений предела выносливости, Щ - квантиль распределения. Стьюдента при доверительной вероятности не менее 0,95.
1.4. Для сопоставления характеристик сопротивления усталости с другими характеристиками элементов соединений следует определять те свойства, которые могут существенно повлиять на хяпяктеристики сопротивления усталости:
геометрические характеристики элементов в зоне опасного сечения;
шероховатость поверхности элементов в этой же зоне;
G3 ГОСТ 27456-87
характеристики материалов элементов (химический состав, структура, механические свойства и тд.).
4. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ
4.1. Испытания соединений осуществляются на прошедшем поверку оборудовании.
4.2. Оборудование должно быть аттестовано с указанием точности воспроизведения и измерения нагрузок, а также точности регистрации числа циклов переменных нагружений.
4.3. Оборудование при испытаниях должно обеспечивать;
внутреннее пульсирующее или статическое давление, равное полуторакратному условному давлению, установленному стандартом на конструкцию соединений;
вибронагружение, обеспечивающее в опасных сечениях элементов соединений растягивающие напряжения, близкие по величине пределу текучести материалов.
4.4. Оборудование должно быть оснащено.
средствами регистрации внутреннего давления;
приборами регистрации напряжений растяжения в опасных сечениях элементов конструкций;
счетчиком числа циклов переменных напряжений;
автоматическим выключателем оборудования при потере соединением герметичности из-за усталостного повреждения элементов.
5. УСЛОВИЯ ИСПЫТАНИЙ
5.1. Испытания соединений на вибро прочность должны проводиться по схеме и в условиях, наиболее близких к эксплуатационным, и вызывать усталостное повреждение.
5.2. Соединения испытывают в условиях совместного действия внутреннего регулярного или случайного нагружения давлением и регулярного или случайного вибронагружения.
5.3. Вибронагружение задают при испытаниях в диапазоне растягивающих напряжений от 0,9 предела текучести материала до предела выносливости элементов.
5.4. Соединения должны быть собраны с моментами затяжки отдельных элементов, обеспечивающими герметичность во всем диапазоне нагрузок в течение всего периода испытаний.
5.5. Предельным напряжением соединения считается потеря герметичности из-за усталостного повреждения элементов.
ГОСТ 27456-87 С. 4
6. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ
6.1. Выход испытательного оборудования на режим испытаний должен осуществляться без повышении установленных программой испытаний уровней внутреннего давления и вибрационной нагрузки.
6.2. Испытания каждого соединения необходимо проводить вплоть до потери герметичности соединения из-за усталостного разрушения элементов.
6.3. Если долговечность соединения лимитирует один элемент, испытания соединения прекращаются после усталостного разрушения данного элемента.
6.4. При близких вероятностях усталостного разрушения двух элементов соединения с потерей герметичности из-за усталостного повреждения одного элемента испытания не прекращаются, а продолжаются после замены поврежденного элемента до усталостного разрушения второго элемента.
6.5. Программу испытаний составляют с учетом следующих условий:
вида соединения;
материала элементов соединения;
области применения, определяющей характер нагружения, а также результаты сопоставления средних значений предела выносливости, полученных по оцениваемой программе и прямыми статистическими оценками после фиксированного числа циклов нагружений*
7. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ
7.1. Результаты испытаний для описания одной кривой усталости представляют в виде значений растягивающих нагружений (ог), перпендикулярных усталостной трещине на поверхности опасного сечения элементов, и соответствующих напряжениям чисел циклов (JV/) до предельного напряжения.
7.2. Характеристики сопротивления усталости по результатам испытаний вычисляют методами регрессионного анализа или наименьших квадратов с использованием уравнений кривой усталости, описывающих как наклонный, так и горизонтальный участки кривой усталости. Уравнения кривой усталости должны содержать следующие параметры :
характеристику наклона кривой усталости в системе координат
число циклов до точки перелома кривой усталости (УУ); среднее значение предела выносливости (<JK ).
Вид уравнения кривой усталости нс регламентируется.
2 *
С 5 ГОСТ 27456-87
Решение о применимости уравнения для определения характеристик сопротивления элементов соединений усталости принимают по положительным результатам сопоставления средних значений предела выносливости, полученных с использованием уравнения и прямыми статистическими оценками.
7.3. Для каждого испытанного соединения с использованием уравнения кривой усталости определяют случайное значение предела выносливости поврежденного элемента (од,), а для всей выборки испытанных элементов - среднее квадратическое отклонение значений предела выносливости:
=]/—7* Й*/-®*)1’ (2)
* П - 1
7.4. Для среднего значения и среднего квадратического отклонения значении предела выносливости определяют доверительные интервалы с доверительной вероятностью 0,95 и 0,99.
7.5. По результатам испытаний двух выборок определяют коэффициент чувствительности асимметрии нагружения элементов соединений при симметричных и отнулевых циклах нагружения. При этом используют значения предела выносливости для симметричного (ол) иотнулевого (а0) нагружении:
2а,
* = — -1. (3)
О0
8. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ
8.1. Результаты испытаний и характеристики сопротивления усталости элементов соединений представляют в виде протоколов (приложение
1 и 2).
8.2. Пример испытаний приведен в справочном приложении 3.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Рекомендуемое
ПРОТОКОЛ N*_
Результаты испытаний соединений
1. Завод-изготовитель......
2. Маркировка соединения . . .
3. Испытательное оборудование
4. Характеристика нагружения давлением
5. Характеристика вибронагружения . . .
6. Максимальное значение давления
7. Коэффициент асимметрии цикла.................................
8. Число испытанных соединений..................................
Начало ...................конец...................испытаний.
И*
п/п |
Обозначение соединения по ГОСТ |
Поврежденный
элемент |
Максимальное напряжение изгиба, МПа |
Число циклов до предельного повреждения в тыс. циклов |
|
|
|
|
|
Ответственный за испытания
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Рекомендуемое
ПРОТОКОЛ №--
Характеристики сопротивления усталости соединений
1. Обозначение соединений по ГОСТ.....................
2. Завод-нзготовнгель..............................
3. Маркировка ..................................
4. Максимальное давление...........................
5. Частота пульсации давления.........................
6. Частота циклического изгиба........................
7. Число испытанных соединений.......................
8. Число поврежденных элементов:
а) элемент . —-...................
(наименование)
б) ■*п»ч»цт ...................
(наименование)
Протокол составлен -
(дата)
N*
п/п |
Повреж
денный
элемент |
R |
V
(или tri) |
ng
тыс.
циклов |
Or
МПа |
Довери
тельный
интервал
МПа |
Sr,
МПа |
Довери
тельный
интервал
МПа |
Ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответственный исполнитель
Начальник отдела
ГОСТ 27456-87 С. 8
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Справочное
ИСПЫТАНИЯ НА ВИБРОПРОЧНОСТЬ СОЕДИНЕНИЯ 2-12-М16 X 1,5 ГОСТ 24074-80
Ввертные концы штуцеров и гнезда под них изготавливают по ГОСТ 22526-77. Штуцер с корпусной деталью уплотняется с помощью медной прокладки (ГОСТ 23358-87) в отожженном состоянии, материал трубопровода (труба 12X1) - сталь 20. Испытательная партия соединений собирается (штуцера ввернуты в корпус, а врезающиеся кольца поджаты накидной гайкой) с моментами затяжки, которые обеспо* чивают герметичность зон свинчивания во всем диапазоне нагрузок.
Моделирование эксплуатационных условий работы соединений осуществляют на специальной установке, позволяющей одновременно нагружать соединения циклическим изгибающим моментом и внутренним давлением жидкости. Испытанию подвергают выборку соединений — 16 шт. Каждое соединение испытывают при ностоян* ной амплитуде напряжений изгиба, изменяющейся от соединения к соединению с шагом 5 МПа. За базу испытаний принимают 2,5 • 10* циклов нагружения. Напряжения в местах разрушения элементов соединения определяют по результатам тензометриро-вания действующего изгибающего момента и геометрическим размерам сечения.
Анализ результатов испытаний показывает, что на всех уровнях напряжений отказы соединений происходят из-за усталостного разрушения трубопроводов, следовательно долговечность соединения в целом лимитируется трубопроводом. Результаты испытаний соединений приведены в табл. Ц
Таблица 1 |
№ п/п. |
> |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
а, МПа |
243,2 |
240,3 |
231,4 |
215,7 |
211,8 |
194,2 |
185,3 |
183,4 |
Л/, гы с. цикл. |
36,0 |
42,0 |
54,0 |
108,0 |
117,0 |
180,0 |
258 |
525 |
|
Продолжение табл. 1 |
№ п/п. |
9 |
10 |
|
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
<7, МПа |
175,5 |
174,6 |
172,6 |
160,8 |
159,8 |
158,9 |
155,9 |
155,9 |
/V, тыс. цикл. |
531 |
345 |
381 |
1584 |
822 |
2235 |
1056 |
1275 |
|
С. 9 ГОСТ 27456-87
Статистическую обработку результатов испытаний проводят с использованием уравнения кривой усталости
<»
где N - число циклов до разрушения;
О - максимальное напряжение цикла, МПа;
Оо - предел выносливости при коэффициенте асимметрии R\
К - параметр, характеризующий наклон кривой усталости, МПа;
Q ~ ng * °r - коэффициент сопротивления усталости, МПа • цикл;
Nq - число циклов до точки нижнего перелома кривой усталости;
Or - среднее значение предела выносливости, МПа.
При обработке экспериментального ряда значений Nf и Of используют метод наименьших квадратов и уравнение (1) в записи
У1 = Ол + уо * *1 ,
где
У/
Or - -
k(ZZf3) - (LZf)1
/-Г /-1 *
т
Обработку ведут следующим образом. Задаются значением Q и определяют
* (%*,’) - (Ц)’
im 1 I* 1
За искомое значение 0, а также значения oR и принимают расчетные значения, при которых
к _
£ ((7о I — С7р) * = min. /= 1
Вычисления параметров уравнения кривой усталости проводят на ЭВМ ЕС-1020. Получают следующие значения параметров, соответствующие минимальному значению суммы Г (oRi - Or) 2 = 421,83 МПа2
Or — 156,36 МПа,
V0 = 39,89 МПа,
Q = 7,72 • 107 МПа • цикл.
Используя найденные значения Or и £?, оценивают число циклов до точки перелома кривой усталости
Q 5
N*7 - = 4,94 * 10 циклов.
G °R
Так как вычисленное значение меньше 2,5 • 106 циклов, принятую базу испытаний можно считать достаточной.
Определяют квадратическое отклонение и доверительные интервалы для среднего и квадратического отклонения значений пределов выносливости
r^(oRi-aR)2 / 421,83 1
SR~\I- = V - -5,3 МПа. (2)