Настоящая статья посвящена оценке изменения критериев наступления предельного состояния вагонов-цистерн для нефтепродуктов в зависимости от длительности эксплуатации. Авторами приводятся результаты многолетнего анализа отказов вагонов-цистерн для светлых нефтепродуктов, эксплуатируемых на сети железных дорог РФ. Проанализировано напряженное состояние вагона-цистерны со светлым нефтепродуктом, и обнаружена локализация нагруженных зон вблизи сварных соединений. Выявлено, что значения напряжений в опасных зонах конструкций цистерн достигают значений, соизмеримых с пределом текучести материала котла (в зоне опирания котла на раму их величина достигает 260 МПа). Для обнаруженного высоконагруженного элемента установлен характер динамики исчерпания прочностного ресурса в процессе эксплуатации. Рассчитаны значения критических размеров дефектов в различных зонах сварного соединения обечайки котла с фасонными лапами исходя из условий статической, ударной и усталостной прочности для различной длительности эксплуатации. Установлено, что для цистерн, отработавших менее 30 лет, наступление предельного состояния в исследуемом элементе определяется условием усталостной прочности, тогда у цистерн с 30-летней наработкой ограничивающим параметром является сопротивление удару. Также отмечается, что при работе цистерны более 20 лет происходит скачкообразное снижение критических размеров трещиноподобных дефектов.
This article is devoted to the assessment of changes in the criteria for the occurrence of the limit state of tank wagons for petroleum products, depending on the duration of use. The authors provide the results of years of failure analysis of railroad tank cars for light oil, operated on the Railways of the Russian Federation. Analyzed the stress state of the tank with light petroleum, and the localization of loaded zones near welds. It is revealed that the stress values in the hazard area structures tanks reach values comparable with the yield strength of the material of the boiler (in the support zone of the boiler on the frame, their value reaches 260 MPa). For the detected high load element of the nature of the dynamics of the exhaustion of strength resource in the process of operation. The calculated values of critical size defects in different zones of the welded joints of the shells of the boiler with shaped legs based on static, impact and fatigue strength for different durations of operation. It was found that for tanks, spent more than 30 years, the occurrence of limit state in the studied element is determined by the condition of the fatigue strength, then the tanks with 30-year life limiting parameter is the resistance to impact. It is also noted that when the tank is more than 20 years there is an abrupt decrease in the critical size of crack-like defects defects.
1. Мажидов Ф.А. Оценка остаточного срока службы грузового вагона с учётом его технического состояния: дис. ... канд. техн. наук / Ф.А. Мажидов. – М., 2016. – 162 с.
2. Третьяков А.В. Управление индивидуальным ресурсом вагонов в эксплуатации: дис. ... д-ра техн. наук / А.В. Третьяков. – СПб., 2004. – 382 c.
3. Махутов Н.А. Оценка сопротивления разрушению и продление ресурса безопасной эксплуатации оборудования, эксплуатируемого в Н2S-содержащих средах / Н.А. Махутов, Н.В. Митрофанов, С.Н. Барышов // Материалы V международной научной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций». – Т. 2. – Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2008. – С. 5–21.
4. Нормы расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). – ГосНИИВ. – М.: ВНИИЖТ, 1996. – 205 с.
5. Воропай В.С. Расчетно-экспериментальный метод обоснования срока эксплуатации вагонов / В.С. Воропай // Вестник ПГТУ. Серия: Технические науки. – 2015. – Вып. 30. – Т. 2. – С. 206–213.
6. Николаев Г.А. Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности: учеб. пособие / Г.А. Николаев, С.А. Куркин, В.А Винокуров. – М.: Высш. школа, 1982. – 272 с.
7. Бойко А. Расчет прочности котла вагона-цистерны при циклическом нагружении / А. Бойко, О. Кононова // XIII Internation Colloquium «Mechanical fatigue of metals». – С. 484–490. – URL: http://elartu.tntu.edu.ua/bitstream/123456789/16833/2/Conf_2006_Boyko_A-Strength calculation_for_484-490.pdf (дата обращения: 21.05.2017).
8. Кузеев И.Р. Прогнозирование безопасности эксплуатации сварных конструкций в условиях нефтесодержащих сред / И.Р. Кузеев, Л.С. Диньмухаметова, Е.В. Пояркова. // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». – 2011. – № 6. – С. 254–262.
9. Мисейко А.Н. Информационно-измерительная система для обнаружения и локализации развивающихся трещиноподобных дефектов магистральных трубопроводов: Автореферат дис…к.т.н. / А.Н. Мисейко. – Самара, 2008. – 24 с.
10. Фомин М.Н. Оценка усталостной долговечности конструкций при малоцикловом нагружении на базе уравнений механики поврежденной среды: Автореферат дис…кан. тех. наук / М.Н. Фомин. – Н. Новгород, 2011. – 23 с.
11. Пояркова Е.В. Прочность сварных конструкций: учебное пособие / Е.В. Пояркова, Л.С. Диньмухаметова, Ж.Г. Калеева. – Орск: Изд-во ОГТИ (филиала) ОГУ, 2012. – 222 с.
12. Диньмухаметова Л.С. Влияние механической неоднородности на предельную несущую способность сварных соединений из сталей повышенной прочности / Л.С. Диньмухаметова, Е.В. Пояркова // Научно-технический вестник Поволжья. – 2011. – № 6. – С. 160–163.
13. Пояркова Е.В. Эволюция структурно-механической неоднородности материалов сварных элементов конструкций в рамках концепции иерархического согласования масштабов / Е.В. Пояркова: дис. ... д-ра техн. наук: 05.16.09 / Е.В. Пояркова. – Уфа. – 2015. – 392 с.
14. Наумкин Е.А. Методология прогнозирования ресурса нефтегазового оборудования, эксплуатируемого в условиях циклического нагружения, на стадии проектирования и эксплуатации / Е.А. Наумкин: дис. ... д-ра техн. наук : 05.02.13. – Уфа. – 2011. – 210 с.
15. Пояркова Е.В. Причинно-следственная связь возникновения разрушений вагонов-цистерн для перевозки нефтепродуктов / Е.В. Пояркова, Л.С. Диньмухаметова, Н.Я. Подоляк // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. – 2016. – Т. 21, № 3. – С. 1263–1266.