Модель коррозионного растрескивания материала и ее применение к расчету оболочечных конструкций

• Автор: Мавзовин, Владимир Святославович
• Шифр специальности: 05.23.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 261 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ РАБОТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ПОВЕДЕНИЯ ОБОЛОЧЕЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ, ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ К0РР03И0НН0-АКТИВНЫХ СРЕД, ВЫЗЫВАЮЩИХ КОРРОЗИОННОЕ . РАСТРЕСКИВАНИЕ
1.1. Анализ работ по исследованию поведения оболочечных конструкций, подвергающихся коррозионному растрескиванию
1.2. Водородное охрупчивание и его влияние на поведение конструкций
1.3. Коррозионное растрескивание трубопроводных конструкций
1.4. Экспериментальные данные по кинетике коррозионного растрескивания
1.5. Математическое моделирование коррозионного растрескивания
ВЫВОДЫ ПО 1 ГЛАВЕ
2. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ, ОПИСЫВАЮЩИХ КИНЕТИКУ КОРРОЗИОННОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ
2.1. Применение аппарата теории длительной прочности к описанию процесса коррозионного растрескивания материалов
2.2. Моделирование процесса деформирования в условиях коррозионного растрескивания
2.3. Модель воздействия агрессивной среды
2.4. Определение коэффициентов уравнений модели дефор-

мирования материала трубопровода и ее идентификация по экспериментальным данным
ВЫВОДЫ ПО 2 ГЛАВЕ
3. РАЗРАБОТКА РАСЧЕТА И ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОБОЛОЧЕЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ' С УЧЕТОМ КИНЕТИКИ КОРРОЗИОННОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ
3.1. Вывод разрешающего уравнения деформирования толстостенных труб
3.2. Методика и алгоритм определения напряженно-деформированного состояния толстостенной цилиндрической оболочки с учетом кинетики коррозионного растрескивания. Оценка сходимости методики и достоверности получаемых результатов
3.3. Алгоритм расчета толстостенной цилиндрической оболочки с учетом коррозионного растрескивания
3.4. Описание программы расчета
3.5. Вывод разрешающего уравнения, опиисывающего напряженно-деформированное состояние осесимметричной тонкостенной цилиндрической оболочки с учетом кинетики коррозионного растрескивания и ее численное исследование
3.6. Численное исследование напряженно-деформированного состояния толстостенного трубопровода с учетом кинетики коррозионного растрескивания
ВЫВОДЫ ПО 3 ГЛАВЕ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ.
Актуальность темы. Вопросу коррозионного растрескивания под напряжением (КРН), т.е. растрескиванию при одновременном воздействии статических или медленно меняющихся нагрузок и агрессивной водородсодержащей среды, посвящено много работ, но проблема борьбы с этим явлением по-прежнему остается актуальной. Актуальность заключается в том, что большинство газопроводов, нефтепроводов эксплуатируются при длительном действии нагрузок в агрессивных рабочих средах. Агрессивные среды, проникая в объем конструктивных элементов, приводят к значительным изменениям его кратковременных и длительных механических характеристик, что вызывает изменение напряженно-- деформированного состояния и приводит к значительному уменьшению его несущей способности и сокращению долговечности. Опасность воздействия агрессивных сред на материал, работающий под нагрузкой, обусловлена еще и тем, что в ряде случаев трубопроводы выходят из строя за очень короткое время, иногда даже с авариями.
Анализ технического состояния трубопроводов свидетельствует о том, что средний возраст сооружений постоянно растет, а ремонтные мероприятия, осуществляемые в настоящее время, полностью не обеспечивают восстановления их несущей способности, следствием чего стала устойчивая тенденция нарастания разрушений трубопроводных конструкций и фактическая их аварийность превышает нормативные значения, а многие сооружения находятся в близком к аварийному состоянии.
Анализ результатов исследований, проведенных на газо-

распространяться по оси трубы.
Антонов В.Г. и др. [7] считают, что разрушение МГ вследствие КРН можно рассматривать как частный случай замедленного разрушения, когда зарождение и распространение трещин обусловлено совместным действием механических напряжений и коррозионно-агрессивной среды, причем роль последней сводится к разупрочнению металла вблизи вершины трещины.
Отказы на магистральных газопроводах после их эксплуа-
- -тации в течение периода от 7 до 10 лет составляют 10, 4% , от
11 до 15 лет 16,8%, от 16-20 лет - 26,2%, старше 20 лет -29,2%. Анализ данных, приведенных в [28], показывает, что старение газопроводов сопровождается увеличением количества отказов. Однако и в первые годы эксплуатации их доля значительна - 6, 8%. Наиболее опасными являются стресс-коррозион-ные разрушения магистральных газопроводов. Стресс-коррозия возникает при наличии следующих условий: электрический по-
тенциал на трубе 0,6 - 0,75 В; наличие в окружающей газопровод среде СО при pH = 6, 5 - 10; кольцевые напряжения выше предела текучести металла; циклические нагрузки, связанные с
колебаниемрабочего давления, изменяются более чем на 10%.
Коррозионное растрескивание стали под напряжением является причиной возникновения трещин в стенках заглубленных газопроводов. С 1965 года по 1986 год коррозионное растрескивание стали под напряжением привело более чем к 250 разрывам и повреждениям в США [73]. Такая же ситуация характерна и для других стран, занимающихся добычей и транспортировкой газа. 18 аварий из-за коррозионного растрескивания стали под напряжением произошли в Австралии и в Канаде. В США компания Е1