Введение 3
1 Постановка задачи 5
1.1 Предмет исследования 5
1.2 Используемая модель коррозионного износа 6
1.3 Цель исследования 7
2 Обзор литературы 8
2.1 Составные цилиндры 8
2.2 Механохимическая коррозия 10
3 Определение напряжений в составном цилиндре 13
3.1 Вычисление контактного давления 13
3.2 Условия равнопрочности 14
3.3 Ограничения на параметры 18
3.4 Сравнение с однослойным вариантом 20
4 Моделирование процесса коррозии 21
5 Численные эксперименты 24
Заключение 28
Список литературы
В данной работе рассматривается механохимическая коррозия составных цилиндров с натягом, подверженных внутреннему и внешнему давлениям.
Металлы и их сплавы являются одним из основных конструкционных материалов используемых составных цилиндров. В процессе их эксплуатации они взаимодействуют с различными веществами, которые их разрушают. Этот процесс называют коррозией.
Более 90% металлофонда РФ находится под воздействием агрессивных сред. Потери от коррозии в РФ достигают 12% металлофонда, что приводит к утрате до 30% ежегодного производства металла [4].
Коррозия является одной из главных причин повреждений и износа различных трубопроводов, в частности, нефте- и газопроводов. Проблемах данного характера могут нести не только финансовый ущерб, но и экологический [12].
Поскольку механические напряжения могут ускорять коррозионные процессы, протекающие в некоторых системах металл-среда [3], проектирование изделий с минимально возможным уровнем напряжений актуально не только с точки зрения прочности, но и для минимизации потерь металлов. В работах [8,9,11] построены решения различных задач о механо- химической коррозии однослойных толстостенных сосудов давления. Для снижения максимальных напряжений в стенках сосудов их изготавливают двухслойными с предварительным натяжением [13].
Цилиндры, состоящие из двух или более слоёв, называют составными. Практическое применение имеют составные цилиндры, полученные натягом. Вызванные давлениями напряжения компенсируются напряжениями натяга. Пользу и применение подобные составные цилиндры нашли и во многих сферах. Например, в таких, как химическая промышленность, добыча полезных ископаемых, машиностроение [14,17,25], где цилиндрические детали находятся под воздействием высоких давлений как внутри, так и снаружи.
Требуется провести оценку возможности продления долговечности двухслойного составного цилиндра с предварительным натягом по сравнению с его однослойным вариантом при эксплуатации под давлением коррозионных сред. Для данной цели были проделаны следующие шаги:
• установлен характер влияния физических свойств материалов цилиндров на величину натяга;
• составлен численный метод решения системы, моделирующей процесс коррозии в составной трубе;
• исследовано изменение напряжений и размеров составных труб в процессе коррозии;
• оценена их долговечности по сравнению с однослойными трубами.
В данной работе исследованы составные трубы, подверженные равно-мерной механохимической коррозии. Выведено оптимальное значение натяга в составной трубе, зависящее от размеров и характеристик материалов трубы. Исследовано изменение напряжений в процессе коррозии. Оценена долговечность составных труб по сравнению с их однослойными вариантами.
