CHƯƠNG II Lí THUYẾT TÍNH MỎI CễNG TRèNH BIỂN
II.4.3-Đường cong mỏi S-N
biờn độ ứng suất (∆σ hay S) trong một mẫu thớ nghiệm hay một nỳt khảo sỏt và mốt số chu trỡnh ứng suất khi đạt tới phỏ huỷ. Đường cong mỏi S-N núi chung phụ thuộc hai tham số thực nghiệm ( m, a), là loại đường cong Wohler :
N = a.S-m
Hay cú dạng phi tuyến khi xột trong hệ toạ độ loga: Log10N = log10a – m.log10S
Đường cong mỏi mụ tả cỏc quan sỏt thực nghiệm, qua đú cho thấy thực tế tồn tại một mức ứng suất (đỳng hơn là biờn độ ứng suất) mà với tất cả cỏc biờn độ ứng suất thấp hơn nú khụng bao giờ xảy ra hiện tượng phỏ huỷ mỏi. Thực tế cho thấy rằng hiện tượng phỏ huỷ cỏc nỳt hàn của kết cấu chủ yếu do quỏ trỡnh hàn gõy ra. Do dú, cú thể quan niệm giới hạn mỏi thực nghiệm tương ứng với mức ứng suất ngưỡng để bắt đầu gõy ra hiện tượng lan truyền từ khuyết tật ban đầu. Cỏc cụng trỡnh biển chịu tải trọng ngẫu nhiờn với cỏc giỏ trị lớn hơn mức ứng suất ngưỡng. Trong quỏ trỡnh đời sống cụng trỡnh, cỏc vết nứt ban đầu sẽ phỏt triển, trong khi mức ứng suất ngưỡng và giới hạn mỏi lại giảm xuống. Do hiện tượng này, nờn đối với cỏc đường cong S-N, thường độ dốc cú giỏ trị thay đổi khi số chu trỡnh ứng suất N > 107. Sau đõy ta sẽ giới thiệu cỏc đường cong mỏi đó được trỡnh bày trong cỏc tiờu chuẩn quy phạm cụng trỡnh biển, trong đú tiờu chuẩn API được đề nghị ỏp dụng nhiều nhất. II.2.8.1- Bureau Veritas
+N ≤Nc = 107 : log N = 12.29 -3.00 log S +N > Nc = 107 : log N = 15.82-5.00 log S
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế tính toán tuổi thọ mỏi công trình LQ10
Duong cong moi S-N voi chieu day thanh chu T = 18 mm
P ha m v i u ng s ua t S B ( N /m m 2)
So chu trinh ung suat 1000 100 10 10^8 10^7 10^6 10^5 10^4
Đường cong cú dạng như hỡnh vẽ và thớch hợp trong những trường hợp sau:
• Cú vết nứt xuất hiện khi phỏ huỷ.
• Xột trường hợp nỳt hàn.
• Ống chủ cú chiều dày T = 18mm ( cú chiều dày khỏc phải hiệu chỉnh )
• Thụng số hỡnh học của nỳt β=d/D < 1.
• Xỏc suất khụng phỏ huỷ 97.5%, độ lệch chuẩn log N = 0.275.
• Cụng trỡnh trong khụng khớ hoặc trong nước mặn nhưng được bảo vệ chống ăn mũn hiệu quả.
Trường hợp ống chủ cú chiều dày > 18 mm được hiệu chỉnh theo cụng thức dưới đõy :
29 . 0 18 * ∆ = ∆σ σ t N/mm2 đối với T > 15 mm. * σ
∆ : Giỏ trị số gia ứng suất trờn đường cong tiờu chuẩn Hiệu chỉnh lại ta cú cụng thức mới như sau :
+N ≤Nc = 107 : log N = A(T) -3.00 log ∆σ* A(T) = 13.38 – 0.87 log T với T > 15 mm A(T) = 12.37 với T < 15 mm
+N > Nc = 107 : log N = A(T) -5.00 log ∆σ* A(T) = 17.64 – 1.45 log T với T > 15 mm A(T) = 15.93 với T < 15 mm
II.2.8.2-Tiờu chuẩn DnV
Đường cong mỏi cú dạng đường X dành cho nỳt ống và cỏc đường B, C, D, E, F , F2 , G, W dành cho chi tiết kết cấu cú dạng bản dầm. Phương trỡnh cỏc đường cong này cho như bảng dưới dõy :
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế tính toán tuổi thọ mỏi công trình LQ10
Duong cong moi S-N tai nut ong (DnV)
X S tr es s ra ng e (N /m m 2) Log N 8 7 6 5 4 50 100 500
Log N = log a = Klog S Loại đường cong Loga K S ( N = 2.108) B 15.01 4.0 48 C 13.63 3.5 33 D 12.18 3.0 20 E 12.02 3.0 18 F 11.80 3.0 15 F2 11.63 3.0 13 G 11.39 3.0 11 W 11.20 3.0 9.3 X 14.57 4.1 34
Áp dụng trong trường hợp cỏc giải phỏp chống ăn mũn thực hiện hiệu quả. II.2.8.3 – Tiờu chuẩn dăng kiểm Lloyd
Hai tham số kinh nghiệm : log a = 14.95. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
m = 4.27
Trờn đường cong mỏi cú giới hạn mỏi 36 N/mm2 tương ứng với số chu trỡnh 2.108. II.2.8.4-Tiờu chuẩn API-RP2A
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế tính toán tuổi thọ mỏi công trình LQ10 N = a.S-m = 2ì106 m ref − ∆ ∆ σ σ
N : số lượng chu trỡnh cho phộp để nỳt chịu được số gia ứng suất ∆σ
ref
σ
∆ : Số gia ứng suất ứng với số chu trỡnh cho phộp 2.106 Trong cỏc đường cong này giới hạn mỏi xuất hiện tại chu trỡnh 2.108
X'
X' X X
So luong chu trinh chat tai cho phep N
St re ss r an ge S ( ks i) 10^3 100 10 1 0.5 10^4 10^5 10^6 10^7 10^8 10^9
Cỏc thụng số của hai đường cong mỏi X và X’ cho trờn bảng sau : Loại đường
cong S-N
ref
σ
∆
Tại N = 2.108 m Giới hạn mỏi tại N = 2.108 X 100 N/mm2 4.38 35 N/mm2(5.07Ksi) X’ 79 N/ mm2 3.74 23N/mm2 ( 3.33 Ksi) Cỏc đường cong này ỏp dụng trong trường hợp :
• Tải trọng mang tớnh ngẫu nhiờn (Tiền định được xem như trường hợp riờng).
• Biện phỏp chống ăn mũn bằng bảo vệ cathode được xem như cú hiệu quả.
• Đối với cỏc vựng khụng cú bảo vệ chống ăn mũn, vựng nước dao động, vựng chịu ăn mũn mạnh: cần xem xột thờm về giỏ trị của giới hạn mỏi. Tuy nhiờn cần trỏnh bố trớ cỏc nỳt ống ở khu vực nước dao động.
• Đối với cỏc nỳt ống chịu tải trọng điều hoà tỏc động trong vựng khớ quyển, giới hạn mỏi đạt tại N = 107 đối với đường cong X và tại N = 2ì107 đối với đường cong X’.
• Đối với đường cong S-N (X) : cỏc mối hàn phải được kiểm tra, cú sự chuyển tuyếp ờm giữa chõn mối hàn và kim loại gốc như diễn tả ( Hỡnh vẽ )và ống nhỏnh cú chiều
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế tính toán tuổi thọ mỏi công trình LQ10 dày nhỏ hơn 25 mm (in), nếu chiều dày lớn hơn phải ỏp dụng cụng thức hiệu chỉnh. Tuy nhiờn, cú thể vẫn dung đường cong X mà khụng cần hiệu chỉnh trường hợp ống nhỏnh cú chiều dày lớn hơn 25mm (1 in) nếu bề mặt mối hàn được mài nhẵn sao cho cú bỏn kớnh lớn hơn hoặc bằng ẵ chiều dày ống nhỏnh. Vệt mài cuối cựng phải vuụng gúc với trục đường hàn , cuối cựng mối hàn phải được kiểm tra bằng bột từ.
• Đường cong S-N ( X’ ) là đường cong bị hạ thấp so với đường cong X, thớch hợp với tiờu chuẩn chịu mỏi thấp hơn. Đú là trường hợp mối hàn khụng được kiểm tra(Hỡnh vẽ) tuy nhiờn phải đảm bảo tuõn thủ cỏc tiờu chuẩn cơ bản của ANSI/AWS và ống nhỏnh cú chiều dày nhỏ hơn 16 mm (0.625 in). Đối với trường hợp ống nhỏnh lớn hơn phải ỏp dụng cụng thức hiệu chỉnh.
• Đường cong mỏi S-N được xõy dựng dựa trờn yờu cầu về chất lượng mối hàn phải được đảm bảo theo tiờu chuẩn ANSI/AWS , khụng được cú cỏc rónh bề mặt khụng được tạo ra biến đối đột ngột về ứng suất (trừ trường hợp tập trung ứng suất đó được kể đến do yếu tố hỡnh học nỳt tại điểm núng)
• Đường cong mỏi S-N được xõy dựng dựa trờn sự phỏ huỷ mỏi tại cỏc điểm núng của nỳt, trong đú sử dụng cỏc loại vật liệu theo phõn nhúm của API.
Khuyet canh Goc nhon
Chan moi han (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
B) Moi han khong duoc kiem tra A) Moi han co kiem tra
Vet duong han Luon em
Chan moi han
API đó đưa ra biểu thức sau nhằm hiệu chỉnh ứng suất mỏi cho phộp khi ỏp dụng cỏc đường cong mỏi S-N ( X và X’ ):
Ứng suất mỏi cho phộp = So .
o t t Trong đú :
So : Ứng suất mỏi cho phộp xỏc định từ đường cong mỏi dạng chuẩn nờu trờn. t : chiều dày ống nhỏnh.
to : chiều dày giới hạn ốn nhỏnh cú gớa trị. to = 25 mm (1 in) đối với đường cong X. to = 16 mm đối với đường cong X’.
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế tính toán tuổi thọ mỏi công trình LQ10
Đối chiếu đường cong mỏi S-N của cỏc tiờu chẩn, quy phạm
Quy phạm Loga m Giới hạn mỏi ∆σ
N = 2.108 ( N/m2) BV 12.29 : N <107 15.82 : N > 107 3 5 36* DnV 14.57 4.10 34 LR 14.95 4.27 36 API(X) 15.00 4.38 35
(*) Giới hạn mỏi tại N = 109; ∆σlim= 25 N/m2
Kết luận: qua bảng trờn ta thấy cỏc đặc trưng cơ bản của đường cong mỏi trong 4 tiờu chuẩn là khỏ giống nhau, tuy nhiờn API cú kể đến điều kiện chế tạo và là tiờu chuẩn sẽ được dụng trong đồ ỏn.
II.5- Tớnh toỏn mỏi theo quan điểm tiền định