Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


Прочностной анализ труб с учетом коррозионных повреждений

Работа №136932

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

информатика

Объем работы44
Год сдачи2019
Стоимость4900 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
27
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


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 тонкостенной 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


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].


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

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.



1. McCafferty, Edward. Introduction to corrosion science // Springer Science & Business Media. 2010. -575 p.
2. Hansson, C. M. The impact of corrosion on society // Metallurgical and Materials Transactions A. 2011. Vol. 42, No 10. P. 2952-2962.
3. Ермолаева Н. Н., Курбатова Г. И. Квазиодномерная нестационарная модель процессов в морских газопроводах // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 10: Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2015. №3. С. 55-66.
4. Павлов П. А., Кадырбеков Б. А., Колесников В. А. Прочность сталей в коррозионных средах. Алма-Ата: Наука, 1987. 272 с.
5. Павловский В. А., Чистов А. Л. Моделирование динамики заполнения резервуара реальным газом // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 10: Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2014. №3. С. 46-57.
6. Пронина Ю. Г. Механохимическая коррозия полого цилиндра из идеального упруго-пластического материала под действием постоянного давления // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 1: Математика. Механика. Астрономия. 2006. № 3. С. 121-130.
7. Gutman E. M., Haddad J., Bergman R., 2000. Stability of thin-walled high- pressure vessels subjected to uniform corrosion // Thin-Walled Struct. Vol. 38. P. 43-52.
8. Kolpak E. P., Ivanov S. E. Mathematical and computer modeling vibration protection system with damper // Applied Mathematical Sciences. 2015. Vol. 9, No 77-80. P. 3875-3885.
9. Kolpak E. P., Ivanov S. E. Mathematical modeling of the system of drilling rig // Contemporary Engineering Sciences. 2015. Vol. 8, No 13-16. P. 699-708.
10.Sedova O. S., Pronina Yu. G. Calculation of the optimal initial thickness of a spherical vessel operating in mechanochemical corrosion conditions // В сборнике: 2015 International Conference «Stability and Control Processes» in Memory of V. I. Zubov (SCP). 2015. P. 436-439.
11.Sedova O. S., Pronina Y. G. Taking account of hydrostatic pressure in the modeling of corrosion of thick spherical shells // В сборнике: 2015 International Conference on Mechanics - Seventh Polyakhovs Reading. 2015. P. 7106771.
12. Акимов Г. В. Теория и методы исследования коррозии металлов. М.Л.: Изд-во АН СССР, 1945. 415 с.
13. Антикайн П. А. Металлы и расчет на прочность котлов и трубопроводов. М.: Энергоатомиздат, 1990. 368 с.
14. Бережнов К. П., Филиппов В. В. Определение долговечности корродирующих строительных стальных конструкций промзданий. // Изв. вузов. Строительство и архитектура.,1988. № 1. С. 17-21.
15. Гутман Э. М. Механохимия металлов и защита от коррозии. М.: Металлургия,1981. 281 с.
16. Долинский В. М. Расчет нагруженных труб, подверженных коррозии. // Химическое и нефтяное машиностроение. 1967. № 2. С. 9-10.
17. Долинский В. М. Расчет элементов конструкций, подверженных равномерной коррозии. // Исследования по теории оболочек: Сб. трудов. Казань:КИСИ, 1976. Вып. 7. С .37-42.
18. Гутман Э. М., Зайнулин Р. С., Шаталов А. Т. и др. Прочность газо-промысловых труб в условиях коррозионного износа. М.:Недра, 1984. 76 с.
19. Райзер В. Д. Вопросы надежности строительных конструкций при износе. // Исследования по строительной механике: Сб. трудов. М.:Наука, 1985. С. 61-66.
20. ГОСТ 5272-68 Коррозия металлов. Термины. М.:ИПК Издательство стандартов, 1999. 15 с.
21. Карпунин В. Г., Клещев С. И., Корнишин М. С. К расчету пластин и оболочек с учетом общей коррозии. // Труды Х Всес.конф.по теории оболочек и пластин, Кутаиси. Т. 1. Тбилиси:Мецниереба, 1975. С. 166-174.
22. Наумова Г. А., Овчинников И. Г. Расчеты на прочность сложных стержневых и трубопроводных конструкций с учетом коррозионных повреждений. Саратов:СГТУ, 2000. 227 с.
23. Кеше Г. Коррозия металлов.Физико-химические принципы и актуальные проблемы. М.:Металлургия, 1984. 400 с.
24. Романов В. В. Влияние растягивающих напряжений на скорость коррозии металлов // Тр.ин-та металлургии им. А. А. Байкова. 1961. № 8. С. 149— 153
25. Elishakoff I., Ghyselinck G., Miglis Y. Durability of an elastic bar under tension with linear or nonlinear relationship between corrosion rate and stress. // Journal of Applied Mechanics. 2012. Vol. 79, No 2. P. 021013
26. Петров В. В., Овчинников И. Г., Шихов Ю. М. Расчет элементов конструкций, взаимодействующих с агрессивной средой. Саратов:Изд-во Саратовского ун-та, 1987. 288 с.
27. Charles R. J., Hilling W. B. The kinetics of glass failure by stress corrosion. // Symposium sur la resistance mecanique du verre et les moyens de l’ameliorer. 1962. P. 511-527.
28. Liang J.,Suo Z. Stress-assisted reaction at a solid-fluid interface. // Interface Science. 2001. Vol. 9, No 1-2. P. 93-104.
29. Русанов А. И. Термодинамические основы механохимии. СПб.:Наука, 2006. 221 с.
30. Русанов А. И. Механохимия растворения:кинетический аспект. // Журнал общей химии. 2007. Т. 77, № 4. С. 529-542.
31. Гутман Э. М., Зайнуллин Р. С. Методика расчета запаса на коррозионный износ тонкостенных сосудов и трубопроводов. // Хим. и нефтяное машиностроение. 1983. №11. С. 38-40.
32. Гутман Э. М., Зайнуллин Р. С., Зарипов Р. А. Долговечность сосудов высокого давления в условиях механохимической коррозии. // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности:сб.трудов ВНИИОЭНГ. М., 1977. №9. С. 3-5.
33. Гутман Э. М., Зайнуллин Р. С., Зарипов Р. А. Кинетика механохимического разрушения и долговечность растянутых конструктивных элементов при упругопластических деформациях. // Физико-хим. механика материалов. 1984. №2. С. 14-17.
34.Овчинников И. Г. Об одной модели коррозионного разрушения. // Механика деформ.сред. 1979. № 6. С. 183-188.
35.Овчинников И. Г. О методологии построения моделей конструкций, взаимодействующих с агрессивными средами. // Долговечность материалов и элементов конструкций в агрессивных и высокотемпературных средах: Меж- вуз.научн.сб. Саратов:СПИ, 1988. С. 17-21.
36.Овчинников И. Г., Гончарова Г.А. Коррозионно-механическое поведение изгибаемой прямоугольной пластинки. // Физико-химическая механика материалов. 1987. Т.3. С.121-122.
37.Овчинников И. Г., Сабитов Х.А. К определению напряженно— деформированного состояния и долговечности цилиндрических оболочек с учетом коррозионного износа. //Строительная механика и расчет сооружений. 1986. Т.1,№163. С.13-17.
38.Овчинников И. Г., Гарбуз Е.В. Расчет неравномерно нагретого нелинейно—упругого цилиндра, подвергающегося коррозионному износу. // Строительная механика и расчет сооружений. 1987. №3. С. 15-19.
39. Почтман Ю. М., Зеленцов Д. Г. Оптимизация долговечности и стоимости цилиндрических оболочек, подвергающихся механохимическому и химическому разрушению. // ФХММ. 1987. Т. 23, №4. С. 70-73.
40. Почтман Ю. М., Темкин В. Я. О постановке задачи оптимального проектирования тонкостенных конструкций, взаимодействующих с агрессивной средой. // ФХММ. 1986. №4. C. 92-95.
41. Почтман Ю. М., Зеленцов Д. Г. Влияние агрессивной морской среды на напряженное состояние и долговечность элементов тонкостенных конструкций. // Физико-хим. механика материалов. 1990. № 3. С.30-33.
42. Криворучко Т.М. Оптимальное проектирование стержневых систем, подверженных коррозии, с учетом долговечности. // Работоспособность материалов и элементов конструкций при воздействии агрессивных сред: межвуз. науч. сб./ Сарат. политехн. ин-т. Саратов, 1986. С.41-42.
43. Вольберг Ю.Д., Коряков А.С. Учет воздействия агрессивной среды на несущую способность стальных конструкций. // Металлические конструкции в строительстве: сб. тр. МИСИ. М. 1983. № 183. С.28-35.
44. Филиппов В.В. Работоспособность металлических конструкций производственных зданий Севера. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние., 1990. 144 с.
45. Флакс В.Я. Коррозия стальных конструкций предприятий черной металлургии.// Промышленное строительство. 1966. №4. С.21-22.
46. Fridman M.M., Elishakoff I.Buckling optimization of compressed bars undergoing corrosion. // International journal of Ocean Systems Engineering.
2013. Vol.3,№2. P.123-136.
47. Fridman M.M.Optimal design of compressed columns with corrosion taken into account. //Journal of Theoretical and Applied Mechanics. 2014. Vol.52, № 1. P.129-137.
48. Gutman E.M.,Bergman R.M., Levitsky S.P. Influence of internal uniform corrosion on stability loss of a thin-walled spherical shell subjected to external pressure. // Corrosion Science. 2016. Vol.111. P.212-215.
49. Иванцов О.М., Харионовский В.В. Арктические газопроводы России. М.:КИИЦ "Нефтегазстройинформреклама 1992. 138 с.
50. Ремизов Д.И. К оценке прочности трубопроводов, имеющих утонение стенки.// Надежность и диагностика газопроводных конструкций./ ред. В.В. Харионовский. М.:ВНИИГАЗ. 1996. С.129-134.
51. Харионовский В.В. Надежность и ресурс конструкций газопроводов. М.:Недра, 2000. 467 с.
52. Седова Е.Д., Пронина Ю.Г.Уточненные формулы для расчета напряжений в тонкостенной трубе под давлением. // Процессы управления и устойчивость. 2016. Т.3. № 1. С.260-264.
53. Pronina Y.G., Sedova E.D. New benchmark for the life assessment of a thin-walled pipe subjected to stress assisted corrosion.// 7th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering, ECCOMAS Congress 2016. P.6734-6740.
54. Pronina Y.G. Analytical solution for the general mechanochemical corrosion of an ideal elastic-plastic thick-walled tube under pressure // International Journal of Solids and Structures. Elsevier, 2013. V. 50. P. 3626-3633.
55. Chou DT.,Hong D.,Saha P. et al. In vitro and vivo corrosion, cytocompatibility and mechanical properties of biodegradable Mg—Y—Ca—Zr alloys as implant materials // Acta biomaterialia. 2013. Vol. 9, № 10. P.8518-8533.
56. Bakhsheshi-Rad H.R., Hamzah E., Abdul-Kadir M.R. et al. The Mechanical Properties and Corrosion Behavior of Double-Layered Nano Hydroxyapatite-Polymer Coating on Mg-Ca Alloy // Journal of Materials Engineering and Performance. 2015. Vol. 24, № 10. P. 4010-4021.
57. Razavi M., Fathi M., Savabi O. et al. Nanostructured merwinite bioceramic coating on Mg alloy deposited by electrophoretic deposition // Ceramics International.
2014. Vol. 40, № 7. P. 9473-9484.
58. Natishan P.M., O’grady W.E., McCafferty E. et al. Chlorid Uptake by Oxide Covered Aluminum as Determined by X-Ray Photoelectron and X-Ray Absorption Spectroscopy // Journal of The Electrochemical Society. 1999. Vol. 146, №5. P.1737-1740.
59. Papavinasam S. Corrosion control in the oil and gas industry // Elsevier, 2013. 992 p.
60. Arutyunyan R.A, Denisova A.A. A failure criterion of metallic materials and structures due to attack of corrosion media // Advanced Problems in Mechanics. Proceedings XXIX Summer School. 2001. P.111-113.
61. Арутюнян А.Р., Арутюнян Р.А. Рост коррозионных трещин и долговременная прочность хрупких материалов // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Серия 1: Математика, Механика, Астрономия. 2014. Т.1, № 1. С.87-95.
62. Duddu Ravindra. Numerical modeling of corrosion pit propagation using the combined extended finite element and level set method // Computational Mechanics. 2014. Vol. 54, №3. P.613-627.
63. Vagbharathi A.S. An extended finite-element model coupled with level set method for analysis of growth of corrosion pits in metallic structures // Proc. R. Soc. A / The Royal Society. 2014. Vol.470. P.20140001.
64. Кикин А.И. Особенности проектирования и расчета стальных конструкций, подвергающихся воздействию агрессивной среды // Металлические конструкции: Сб. трудов. Т. 43. М.:МИСИ, 1962. С. 8-16.
65. Басов К.А. ANSYS для конструкторов // М.:ДМК Пресс, 2012.

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.