Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Длительная работоспособность металлических материалов и тонкостенных конструкций, взаимодействующих с агрессивной средой

Диссертация: Длительная работоспособность металлических материалов и тонкостенных конструкций, взаимодействующих с агрессивной средой
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В механике разрушения был введен параметр повреждаемости, характеризующий рост и развитие микротрещины. Идея использования такого параметра (О применялась Работновым в теории разрушения, а также была использована в ряде других работ по исследованию разрушения. При моделировании процессов коррозионного разрушения, по аналогии с концепцией Работнова, в работе вводится физико-химический параметр… Читать ещё >

Длительная работоспособность металлических материалов и тонкостенных конструкций, взаимодействующих с агрессивной средой (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1.
  • Глава 2.
  • Глава 3.
  • Глава 4. длительного коррозионного разрушения
  • Оценка длительной работоспособности конструкций, подвергающихся коррозионному воздействию. Вероятностный подход. Результаты численного исследования задач коррозионно-усталостного разрушения
  • Сравнительный анализ

Современные достижения по проблеме коррозионного усталостного разрушения.

Коррозионное усталостное разрушение.

2. 1. Моделирование уравнения коррозионноусталостного разрушения.

2.2. Критерий коррозионно-усталостного разрушения.

2.2.1. Роль коэффициента интенсивности напряжении в процессах роста коррозионных трещин.

2.2.2. Учет неупругой деформации в модели 42.

4.1. Построение теоретической модели расчета 58 напряжений, в результате роста коррозионных трещин.

4.2. О роли коэффициента интенсивности 64 напряжений в процессах роста коррозионных трещин и усталостного разрушения.

4.3. Оценка циклической прочности тонкостенных 71 конструкций, взаимодействующих с агрессивной средой.

4.4. Учет неупругой деформации в модели 77 длительного коррозионного разрушения.

4.5. Качественное сравнение полученных 83 результатов с известными экспериментальными данными.

Заключение

92.

Список использованных источников

94.

Приложения 103.

В инженерной практике наблюдаются многочисленные разрушения различных объектов, в частности газо-нефтепроводов, трубопроводов, сосудов давления и других, работающих в условиях воздействия механических напряжений и агрессивных сред.

В этих условиях в металлических материалах и тонкостенных конструкциях возникают характерные точечные дефекты: язвы, полости в металле, начинающиеся с его поверхности, называемые питтингом, и микротрещины. Внешне питтинг проявляется в виде появления углублений на поверхности металла. Питтинги возникают главным образом в защитном слое (нанесенном или образовавшемся естественным образом) по местам различных дефектов (трещин от внутренних напряжений, пор, микровключений, выхода на поверхность границ зёрен, дислокаций и т. п.).

При росте питтингов образуется сквозное отверстие. В этом случае конструкция может не разрушиться, однако теряет свою работоспособность и, практически, находится в аварийном состоянии. Распространение микротрещин до размеров магистральной трещины и их мгновенное развитие приводит к аварийному разрушению конструкции.

В механике разрушения был введен параметр повреждаемости, характеризующий рост и развитие микротрещины. Идея использования такого параметра (О применялась Работновым в теории разрушения, а также была использована в ряде других работ по исследованию разрушения. При моделировании процессов коррозионного разрушения, по аналогии с концепцией Работнова, в работе вводится физико-химический параметр поврежденное&trade-, зависящий от коэффициента интенсивности напряжений. В этом случае, естественно предположить, что коэффициент интенсивности напряжений влияет на скорость химических реакций и процессы разрушения.

Такой подход дает наилучшее приближение к эксперименту, если совместно решать систему дифференциальных уравнений, первое из которых описывает скорость распространения трещины (уравнение Пэриса — Эдрогана), а второе задает рост функции поврежденности. Под поврежденностью, в данном случае, понимаются процессы коррозионной деградации и разрушения слоя материала в вершине трещины.

Поскольку развитие трещины представляет собой не детерминированный, а вероятностный процесс, то важным моментом является разработка вероятностных методов разрушения. Идея такого метода была представлена в работах [6], [23]. Но предложенные модели пока не получили достоверного экспериментального подтверждения. Тем самым возникает задача вероятностного описания реальных процессов, протекающих при коррозионном развитии трещины. Основой развитого в работе вероятностного подхода является гипотеза слабого звена и функция надежности безотказной работы конструкции.

На основании описанных процессов коррозии строятся критерии разрушения для металлических материалов и тонкостенных конструкций.

Применение вероятностного подхода позволяет построение аналитических кривых длительной прочности металлических материалов и конструкций и прогнозирование их длительной работоспособности.

Результаты, выносимые на защиту, заключаются в следующем:

1. Построение квиетического уравнения роста питтинга с учетом процессов неупругой деформации. Формулировка критерия длительной коррозионной прочности в соответствии с предложенным кинетическим уравнением.

2. Разработка системы взаимосвязанных кинетических уравнений роста коррозионной трещины и формулировка критериев усталостной прочности, учитывающих влияние коэффициента интенсивности напряжений на механические и химические процессы в кончике трещины.

3. Развитие вероятностных моделей в приложении к коррозионному разрушению. Формулировка критериев усталостной прочности, согласно кинетическим уравнениям роста коррозионных микротрещин.

4. Проведение сравнительного анализа теоретических результатов с опытными данными по длительной прочности металлических материалов и тонкостенных конструкций под воздействием агрессивных сред.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Исследования, проведенные в данной диссертационной работе, дают возможность реальной оценки работоспособности материалов и тонкостенных конструкций в условиях длительной эксплуатации при взаимодействии с коррозионной средой. Диссертационная работа представляет интерес для научных работников, занимающихся вопросами коррозионной прочности и надежности различных металлических материалов и конструкций, а также для инженерно-технических работников, занятых проектированием, строительством и эксплуатацией в различных областях современной техники и машиностроения. В диссертационной работе получены следующие новые результаты:

1. Предложено уравнение роста питтингов с учетом процессов микропластической деформации. Показано, что это уравнение является уравнением Риккати первого порядка.

2. Сформулирована система взаимосвязанных кинетических уравнений, в которых коэффициент интенсивности напряжений считается ответственным за ускорение процессов как механического, так и коррозионного разрушения.

3. С учетом этих уравнений разработан вероятностный метод, основанный на гипотезе слабого звена, и сформулирован критерий разрушения металлических материалов и тонкостенных конструкций, работающих под воздействие коррозионного и циклического нагружения.

4. Теоретически описан эффект пересечения кривых усталости, экспериментально установленный Миллером. Этот факт был получен при моделировании процессов циклического и коррозионного разрушения в зависимости от коэффициента интенсивности напряжений с учетом воздействия коррозионной среды.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Arutyunyan R. A., Denisova A. A. A failure criterion of metallic materials and structures due to attack of corrosive media. // Advanced Problems in Mechanics' 2001 Saint-Petersburg (Repino), June 21−30, 2001. P. Ill -113.
  2. J. M., Walker E. F. //Proc. Conf. The Influence of Environment on Fatigue. London, 1977. — P. 1−10
  3. Bathias C., Baudry G. Application de la resistance a la fatigue gigacyclique au calcul de structure // Bulletin S.F.M. Revue Francaise de Mecanique. 2000. N l.P. 13−18.
  4. Coffin L.F. The effect of frequency on the cyclic strain and fatigue behavior of Cast Rene at 1600° F //Met. Trans. 1974. vol. 5. № 5. P. 1053−1060.
  5. Gumbel E.J. Statistics of extremes. Columbia University Press. New York. 1958
  6. Hoff N.J. The necking and rupture of rods subjected to constante tensile loads // Jour. appl. mech. 1953. vol.20. № 1. P. 105−108.
  7. J. C. Scully. The fundamental of corrosion. Pergamon Press. Oxford. New York et al. 1975.
  8. J. L. Bogdanoff, F. Kozin Probabilistic Models of Cumulative Damage. M: «Мир», 1989.
  9. К. J. Miller. Materials science perspective of metal fatigue resistance/ Materials science and technology. June 1993. Vol.9 p. 453 462
  10. Kaelbly D. N. A relationship between the fracture mechanics and surface energetic failure criteria // Journal of Applied polymer Science. 1974. V. I 8. № 6. P. 1869−1880
  11. Lloyd D., Lipov M. Reliability: management, methods and mathematics. Prince Hall. Inc. Englewood Cliffs. New Jersey. 1962
  12. Parkins R. N, Greenwall B. S. //Metal Sci. -1977. 11, № 8−9. — P. 405−413
  13. Refat EL-Sheikhy, Nobuo Nishimura. Comparisons of cracking processes among directional fracture theories. (New Treatment. Technology report of the Osaka University / Vol. 49. 15 April, 1999. (Faculty of engineering Osaka University, Japan) p. 72 77
  14. D., Musuva J. K., Radon J. C. //Eng. Fract. Mech. 1981.-15, № 3−4.-P. 407−419
  15. Wei R. P., Landes J. D. //Moter. Res. and Stand. 1969−9, № 7. — P. 25−46
  16. Г. В. Теория и методы исследования коррозии металлов. М. -Л.: АН СССР. 1945. 415 с.
  17. Р. А. Вероятностная модель разрушения вследствие питтинговой коррозии//Проблемы прочности. 1989. № 12. С. 106−108.
  18. Р. А. Проблема деформационного старения и длительного разрушения в механике материалов. Изд-во СПбГУ, 2004. 252 стр.
  19. Р. А., Денисова А. А. Учет неупругой деформации в модели длительного коррозионного разрушения. // Вестник СПбГУ. Сер. 1. Вып. 3. 2001. (№ 17). С. 60−64.
  20. Р. А., Денисова А. А. Кинетика роста коррозионных трещин и критерий усталостного разрушения. // Вестник СПбГУ. Сер. 1. Вып. 3. 2002. (№ 17). С. 42−46.
  21. Р. А., Денисова А. А. О роли коэффициента интенсивности напряжений в процессах роста коррозионных трещин и усталостного разрушения. //Вестник СПбГУ. Сер. 1. Вып. 2. 2002. (№ 17). С. 59−64.
  22. Ю. И. Водородная коррозия стали. М.: Металлургия. 1985. 192 с.
  23. Ю. И. Исследование скорости водородной коррозии труб из углеродистой стали // АН СССР, Журнал прикладной химии. М. Л.: 1960. Т. 33. Вып. 11. С. 2547−2552.
  24. В. И., Рагузин Д. Ю., Тетюева Т. В., Шмелев П. С. Оценка склонности стали к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением // Заводская лаборатория. 1994. Т. 60. № 1. С. 37−40.
  25. В. И., Ширяева JI. К. Накопление поврежденности в металлах и коррозионное растрескивание металлов под напряжением. Самара. Изд-во «Самарский университет». 1998. 123 с.
  26. . А., Уэйнер Дж. X. Теория температурных напряжений. М.: Мир. 1964. 517 с.
  27. В. В. Ресурс машин и конструкций. М.: Машиностроение. 1990. 448 с.
  28. В. В. Статистические методы в строительной механике. М.: Стройиздат. 1965. 280с.
  29. Р. В., Осипенко Н. М. Модель разрушения трубопроводной стали при наводороживании // Физико-химическая механика материалов. 1996. Т. 32. № 53. С. 25−33.
  30. Э. М. Механохимия металлов и защита от коррозии. М.: Металлургия. 1981. 271 с.
  31. А. А. Оценка циклической прочности тонкостенных конструкций, взаимодействующих с агрессивной средой. // Научные труды VI Международного симпозиума «Современные проблемыпрочности» им. В. А. Лихачева. Т. 2. Великий Новгород. 2003. С. 56 -61.
  32. Деформирование материалов и элементов конструкций в агрессивных средах//Сарат. политех, ин-т. Саратов. 1983. 100 с.
  33. Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. ML: «Наука», 1971. 576 стр.
  34. В. Г., Клещев С. И., Корнишин М. С. К расчету пластин и оболочек с учетом общей коррозии // Тр. X Всес. конф. по теории пластин и оболочек. Т. 1, Тбилиси: Мецниереба. 1975. С. 166−174.
  35. Л. М. О времени разрушения в условиях ползучести // Изв. АН СССР. ОТН. 1958. № 8. С. 26−31.
  36. Л. М. Основы механики разрушения. М.: Наука. 1974. 312 с.
  37. В. В. Испытания на долговечность трубопроводов горячего водоснабжения.// Труды американского общества по испытанию металлов, т.11. 1952 г.
  38. Н. Н., Гликман Л. А., Теодорович В. П. Методика длительных испытаний на разрыв трубчатых образцов под внутренним давлением водорода при высоких температурах // Заводская лаборатория. 1957. Т. 23. № 9. С. 1098−1101.
  39. Я. М., Лазоренко-Маневич Р. М. // Journal Electroanalitic chemistry.-1987−228, № 1−2, — Р/ 301−328.
  40. М. С., Карпунин В. Г. К устойчивости пластин и оболочек с учетом общей коррозии // Тр. семин. по теор. оболочек. Каз. физ. тех. ин-т. АН СССР. Вып. 6. 1975. С. 58−66.
  41. Коррозионная стойкость оборудования химических производств. Нефтеперерабатывающая промышленность. Справочное руководство. Под ред. Сухотина А. М. И Арчакова Ю. И. JL: «Химия». 1990.400 с.
  42. Д. А., Локощенко А. М. Анализ влияния окружающей среды на длительную прочность с помощью вероятностного подхода // Известия РАН. Механика твердого тела. 2001. № 1.
  43. А. М. Ползучесть и длительная прочность металлов в агрессивных средах. М.: Изд-во Моск. ун-та. 2000. 178 с.
  44. Г. Г., Павлина В. С., Скицкий Р. Ю. Длительная прочность деформированных материалов в условиях физико-химических воздействий // Физико-химическая механика материалов. 1976. Т. 12. № 5. С. 85−87.
  45. Н. В. Вероятностный подход к расчету и оптимальному проектированию элементов конструкций, взаимодействующих сагрессивной средой // Мат. и электрон, моделир. в машиностр. Киев. 1989. С. 84−89.
  46. Г. Г. Водородное охрупчивание. Охрупчивание конструкционных сталей и сплавов. М.: Металлургия, 1988, с. 256−333.
  47. И. Г. Об одной схеме учета воздействия коррозионной среды при расчете элементов конструкций // Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. 1984. № 1. С. 34−38.
  48. И. Г., Елисеев Л. Л. Применение логистического уравнения для описания процесса коррозионного разрушения // Физ. -хим. механика материалов. 1981. № 6. С. 30−35.
  49. П. А., Кадыбеков Б. А., Колесников В. А. Прочность сталей в коррозионных средах. Алма-Ата: Наука. 1987. 272 с.
  50. . Р., Гольдштейн Р. В., Саакиян Л. С. К оценке эффективности металлопокрытий в условиях наводороживания // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. 1981. Вып. 1. С. 14−15
  51. Ю. Н. О возможном механизме разрушения металла в коррозионной среде // Известия АН СССР. ОТН. 1954. № 6. С. 53−56.
  52. Ю. Н. О механизме длительного разрушения // Вопросы прочности материалов и конструкций. М.: Изд-во АН СССР. 1959. С. 5−7.
  53. Ю. Н. Ползучесть элементов конструкций. М.: Наука. 1966. 752 с.
  54. П. А., Щукин Е. Д. Поверхностные явления в твердых телах в процессе их деформации и разрушения // Успехи физических наук. 1972. Т. 108, Вып. 1.С. 3−42.
  55. О. Н. Новые подходы к оценке коррозионной усталости металлов // Итоги науки и техники. Серия «Коррозия и защита от коррозии». 1990. Т. 16. С. 55−88.
  56. О. Н., Никифорчин Г. Н. Механика коррозионного разрушения конструкционных материалов. М.: Металлургия. 1986. 294 с.
  57. С. В., Когаева В. П. Стохастические теории накопления усталостных повреждений. Машиноведение, 1966, № 3, с. 62−68
  58. О. И. Прочность сварных конструкций в агрессивных средах. М.: Машиностроение. 1976. 200 с.
  59. Н. И., Андрейкив А. Е. Определение скорости роста трещины в условиях совместного действия статических нагрузок и коррозионно-активной среды // Физико-химическая механика материалов. 1995. № 2. С. 68−74 (укр.).
  60. А. А. Изучение условий изменения коррозии образцов из стали марки Ст. 3 в Каспийском море.// Коррозия металлоконструкции в море. Вып. 1. Азнефтеиздат, Баку. 1954.
  61. JI. Я. Диагностика коррозии трубопроводов с применением ЭВМ. М.: Недра. 1977.
  62. Л. Я. Долгосрочный прогноз опасности грунтовой коррозии металлов. М: «Недра». 1966. 175 стр.
  63. В. И., Хаазе Р., Лузгин В. П. Химическое взаимодействие неметаллических включений со сталью в твердом состоянии // Известия АН СССР. Металлы. 1974. № 3. С. 39−54.
  64. А. А., Красовский А. Я., Маковецкая И. А., Тороп В. М. Опыт оценки ресурса магистральных трубопроводов, претерпевших длительные эксплуатационные воздействия.
  65. В. 3., Морозов Е. М. Механика упругопластического разрушения. М.: «Наука». 1985. 505 с.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!