Тема: Прочностной анализ труб с учетом коррозионных повреждений

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

Данная работа посвящена построению новых аналитических решений задачи о механохимической коррозии тонкостенных труб, исследованию напряженного состояния трубы с поверхностным дефектом, а также возможности применения формул для равномерного коррозионного износа бездефектной трубы уменьшенного радиуса к задачам о цилиндрической оболочке с дефектами. Основными результатами, полученными в ходе работы, являются:
• Выведены новые формулы для расчета напряжений на внутренней и внешней поверхностях тонкостенной трубы, находящейся под действием гидростатического давления,которые зависят не только от разности внутреннего и внешнего давлений,но и от самих значений давлений;
• Выведены новые аналитические решения задачи о механохимической коррозии тонкостенной трубы, находящейся под действием агрессивных сред;
• Проведено сравнение модели, полученной в данной работе, с моделью, основанной на классической «котельной» формуле.
• Исследовано напряженное состояние в трубе с поверхностным дефектом на внешней стороне в зависимости от радиуса дефекта, глубины его проникновения и кривизны внешней поверхности;
• Исследовано напряженное состояние в трубе с множеством поверхностных дефектов, расположенных на одном расстоянии друг от друга.

Купить