Прочностной анализ труб с учетом коррозионных повреждений

Введение 3
Обзор литературы 5
Глава 1. Равномерная коррозия тонкостенной трубы 10
1.1. Постановка задачи 10
1.2. Уточненные формулы для расчета напряжений 12
1.3. Уточненное решение задачи о механохимической коррозии тон
костенной трубы 13
1.4. Результаты расчетов 14
Глава 2. Расчет напряжений вблизи поверхностного дефекта 18
2.1. Построение модели 19
2.1.1. Постановка задачи 19
2.1.2. Геометрия модели 19
2.1.3. Построение конечно-элементной модели 20
2.2. Напряжения в окрестности поверхностного дефекта 24
2.3. Результаты расчетов 27
2.3.1. Исследование влияния радиуса дефекта 28
2.3.2. Исследование влияния кривизны поверхности 32
2.3.3. Исследование влияния площади пораженной поверхности 34
Заключение 38
Список литературы 39
Купить

В настоящее время коррозия металлов, конструкций и защита их от коррозионного воздействия является одной из основных научно-технических, экологических и экономических проблем. В промышленности металлы и конструкции эксплуатируются при воздействии агрессивных сред, высоких температур, давлений, что приводит к значительному росту наносимого ущерба. Коррозию классифицируют по различным признакам. По механизму протекания выделяют химическую и электрохимическую коррозию. По характеру повреждений коррозию делят на сплошную (охватывает всю поверхность, которая находится под воздействием коррозионной среды) и местную (распространяется лишь на некоторых участках поверхности). Кроме того, по условиям и среде протекания коррозионного процесса рассматривают атмосферную, подводную, подземную, промышленную и биокоррозию.
Актуальность темы. Как известно, в земной атмосфере многие металлы и сплавы подвержены коррозии. Приводя к преждевременному износу и выходу из строя конструкций, коррозия наносит значительный экономический и экологический ущерб, а также может привести к более серьезным последствиям [1, 2]. В настоящее время многие сооружения и конструкции эксплуатируются при воздействии не только механических нагрузок, но и агрессивных сред [3, 5, 8, 9]. Такие условия приводят к механохимической коррозии конструкций, которая моделируется с помощью постановки задач с неизвестными переменными границами [10, 11]. Следует отметить, что ущерб от совместного воздействия механических нагрузок и химически активных сред оказывается более существенным, чем при воздействии данных факторов, действующих отдельно.
Для сферических и цилиндрических оболочек уже были получены аналитические решения некоторых задач о равномерной коррозии. Существующие решения для тонкостенных конструкций зависят только от разности внешнего и внутреннего давлений, действующих на объект, но не от самих значений давлений, что может привести к значительной погрешности в задачах о механохимической коррозии конструкций, находящихся под действием высоких давлений.
Целью данной работы является построение новых аналитических решений задачи механохимической коррозии тонкостенных труб, а также исследование концентрации напряжений в толстостенной трубе под действием равномерного внутреннего давления, на внешней поверхности которой имеется дефект в виде выемки, при различных геометрических параметрах задачи.
Научная новизна:
• получены новые аналитические решения задачи о механохимической коррозии тонкостенной трубы, находящейся в агрессивной среде;
• исследовано напряженное состояние в трубе, у которой на внешней поверхности имеется дефект, при различных геометрических параметрах;
• исследовано влияние числа поверхностных дефектов и площади пораженной поверхности на напряженное состояние в трубе.
Научная и практическая значимость. Полученные аналитические решения могут быть использованы как на этапе конструирования, так и при прогнозировании срока службы конструкций, эксплуатируемых в химически активных средах. Таким образом, результаты данной работы могут быть применены в различных отраслях человеческой деятельности. В условиях воздействия агрессивных сред, высоких температур и давлений приобретают большую значимость формы местной коррозии: коррозионное растрескивание, питтинг и другие. Исследование влияния дефектов на напряженное состояние в трубе, дает результаты для анализа возможности использования формул равномерной коррозии.
Апробация работы. Некоторые результаты выпускной квалификационной работы докладывались на научных конференциях:
• 47-ой международной научной конференции аспирантов и студентов «Процессы управления и устойчивость» (CPS’16),4-7 апреля 2016, Санкт-Петербург, Россия, с последующей публикацией в научном сборнике [52],
• VII European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering, (ECCOMAS Congress 2016), 5-10 июня 2016, Крит, Греция, с последующей публикацией [53].

Купить