ГОСТ 34233.1-2017. Межгосударственный стандарт. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования

8 Допускаемые напряжения и коэффициенты запаса прочности

 

8.1 Допускаемое напряжение при расчете по предельным нагрузкам сосудов и аппаратов, работающих при статических однократных нагрузках, вычисляют по формулам:

- для углеродистых, низколегированных марганцовистых и марганцево-кремнистых, легированных хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых, ферритных, аустенитно-ферритных, мартенситных сталей и сплавов на железоникелевой основе:

 

(1)

 

- для аустенитной хромоникелевой стали, алюминия, меди и их сплавов:

 

(2)

 

Предел ползучести используют для определения допускаемого напряжения, когда отсутствуют данные по пределу длительной прочности или когда по условиям эксплуатации необходимо ограничивать деформацию (перемещения).

При отсутствии данных об условном пределе текучести при 1%-ном остаточном удлинении используют значение условного предела текучести при 0,2%-ном остаточном удлинении.

При отсутствии данных о пределе текучести и длительной прочности допускаемое напряжение для алюминия, меди и их сплавов вычисляют по формуле

 

(3)

 

Допускаемые напряжения для титановых сплавов вычисляют по формуле

 

(4)

 

Для условий испытания сосудов из углеродистых, низколегированных, ферритных, аустенитно-ферритных, мартенситных сталей и сплавов на железоникелевой основе допускаемое напряжение вычисляют по формуле

 

(5)

 

Для условий испытаний сосудов из аустенитных сталей допускаемое напряжение вычисляют по формуле

 

(6)

 

При отсутствии данных об условном пределе текучести при растяжении, обуславливающем остаточное удлинение в 1,0%, используют значение условного предела текучести при 0,2%-ном остаточном удлинении.

Для условий испытаний сосудов из алюминия, меди и их сплавов допускаемое напряжение вычисляют по формуле

 

(7)

 

Если допускаемое напряжение для рабочих условий определяют по формуле (3), то для сосудов из алюминия, меди и их сплавов допускаемое напряжение для условий испытания вычисляют по формуле

 

(8)

 

Для условий испытаний сосудов из титановых сплавов допускаемое напряжение вычисляют по формуле

 

(9)

 

8.2 Коэффициенты запаса прочности должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 1.

 

Таблица 1

 

Коэффициенты запаса прочности материалов

 

Условия нагружения	Коэффициенты запаса прочности
	сталей, сплавов на железоникелевой основе, алюминия, меди и их сплавов [формулы (1), (2), (5), (6), (7)]				алюминия, меди и их сплавов [формулы (3), (8)]	алюминиевых литейных сплавов [формулы (3), (8)]	титанового листового проката и прокатных труб [формулы (4), (9)]	титановых прутков и поковок [формулы (4), (9)]
	nт	nв <*>	nд	nп	nвп	nвп	nвт	nвт
Рабочие условия	1,5	2,4	1,5	1,0	3,5	7,0	2,6	3,0
Условия испытания:
- гидравлические	1,1	-	-	-	1,8	3,5	1,8	1,8
- пневматические	1,2	-	-	-	2,0	3,5	2,0	2,0
Условия монтажа	1,1	-	-	-	1,8	3,5	1,8	1,8
<*> Для аустенитной хромоникелевой стали, алюминия, меди и их сплавов в формуле (2) nв = 3,0.

 

Если допускаемое напряжение для сталей аустенитного класса вычисляют по условному пределу текучести при остаточном удлинении 0,2%, коэффициент запаса прочности n_т по условному пределу текучести R_p0,2/t для рабочих условий допускается принимать равным 1,3.

8.3 Поправочный коэффициент к допускаемым напряжениям должен быть равен единице, за исключением стальных отливок, для которых коэффициент имеет следующие значения: 0,8 - для отливок, подвергающихся индивидуальному контролю неразрушающими методами и 0,7 - для остальных отливок.

8.4 Расчет на прочность цилиндрических обечаек и конических элементов, выпуклых и плоских днищ и крышек, фланцев для условий испытания проводить не требуется, если расчетное давление в условиях испытания будет меньше, чем расчетное давление в рабочих условиях, умноженное на .

8.5 Для материалов, широко используемых в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, допускаемые напряжения для рабочих условий при , равном 1, приведены в приложении А.

8.6 Допускаемые напряжения для материалов, не приведенных в приложении А, определяют по 8.1. Расчетные механические характеристики, необходимые для определения допускаемых напряжений, определяют при нормальной температуре по соответствующим стандартам или техническим условиям, а при повышенных температурах - после проведения испытаний представительного числа образцов, обеспечивающих гарантированные значения прочностных характеристик материала.

Для импортных материалов, применяемых для изготовления сосудов, работающих под давлением, коэффициенты запаса при выборе допускаемых напряжений должны быть не ниже значений, указанных в таблице 1.

8.7 Для стальных элементов сосудов и аппаратов, работающих в условиях ползучести при разных за весь период эксплуатации расчетных температурах, давлениях и других нагрузках, следует выполнять расчет на каждое из возможных в течение эксплуатации в условиях ползучести сочетание нагрузок и определять для этого сочетания нагрузок расчетное допускаемое время эксплуатации [T]_i.

При этом должно соблюдаться условие

 

(10)

 

При определении величины [T]_i следует использовать допускаемые напряжения, определенные в соответствии с 8.1 - 8.3 на базе длительных характеристик материала: предела длительной прочности и/или предела ползучести. Величины предела длительной прочности и/или предела ползучести для расчетного ресурса менее 10⁵ ч и более 2·10⁵ ч, а также при температурах, для которых в приложении А отсутствуют значения допускаемых напряжений, зависящих от расчетного ресурса, определяют на основе справочных данных или результатов испытаний, выполненных в соответствии с требованиями 8.6.

В случае непрерывного изменения температур в процессе эксплуатации этапы эксплуатации при разной температуре стенки рекомендуется принимать по интервалам температуры, не превышающим 10 °C.

8.8 Допускаемое напряжение для сосудов из двухслойных сталей вычисляют по формуле

 

(11)

 

где и - допускаемые напряжения соответственно основного металла и коррозионно-стойкого слоя, определяемые по приложению А.

Учитывая допуск на толщину коррозионно-стойкого слоя при определении допускаемого напряжения по формуле (11), толщина коррозионно-стойкого слоя принимается минимальной, если . Если , то толщина коррозионно-стойкого слоя принимается максимальной.

Разрешается допускаемое напряжение определять по основному слою. В этом случае прибавка на коррозию принимается равной толщине коррозионно-стойкого слоя.

8.9 Сосуды и аппараты, работающие при малоцикловых нагрузках, дополнительно рассчитываются по ГОСТ 34233.6.

8.10 Для элементов сосудов и аппаратов, рассчитываемых по условным упругим напряжениям, оценку следует проводить по приведенным значениям напряжений в критических сечениях, которые разбивают по категориям на общие и местные напряжения:

- общие мембранные напряжения;

- местные мембранные напряжения;

- общие изгибные напряжения;

- местные изгибные напряжения;

- общие температурные напряжения;

- местные температурные напряжения.

Приведенные напряжения в критических расчетных сечениях сосудов и аппаратов из стали, алюминия, меди и их сплавов определяют в соответствии с теорией максимальных касательных напряжений, за исключением сосудов из титана и титановых сплавов, для которых используется критерий Мизеса-Хилла для трансверсально-изотропных материалов, у которых механические свойства изотропны в плоскости слоя и анизотропны по толщине. Допускается определять приведенные напряжения для оболочечных конструкций из титана и титановых сплавов так же, как для стали. При этом влияние анизотропии учитывают при оценке несущей способности введением повышенного значения запаса прочности в соответствии с 8.2.

Условия статической прочности при расчетных температурах ниже температур, при которых допускаемые напряжения устанавливают по пределам длительной прочности или ползучести, выполняются, если

 

(12)

 

где ; .

Условия статической прочности при расчетных температурах, при которых допускаемые напряжения устанавливают по пределам длительной прочности или ползучести, выполняются, если

 

(13)

 

где ; .

В формулах (12), (13) используются линеаризованные по сечению значения приведенных напряжений.

При чистом сдвиге должны выполняться следующие требования:

- для средних по сечению сдвигающих напряжений:

 

(14)

 

- для максимальных сдвигающих напряжений:

 

(15)

 

8.11 Расчетные механические характеристики материалов приведены в приложении Б.