Конечно-элементное моделирование напряженно-деформированного состояния и поврежденности трубчатых элементов конструкций, подвергающихся высокотемпературной водородной коррозии

• Автор: Бубнов, Сергей Алексеевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 165 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР МЕТОДОВ УЧЕТА ВЛИЯНИЯ ВОДОРОДА НА ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИЙ
1Л. Влияние водорода на механические свойства металлов
1Л Л. Низкотемпературное взаимодействие водорода с материалом
1Л .2. Водородная коррозия стальных конструкций
1Л.З. Инкубационный период
1Л.4. Фронт проникания агрессивной среды в объем конструктивного
элемента
1Л.5. Показатели коррозии
1Л .6. Уравнение химического взаимодействия
1.2. Обзор моделей воздействия водорода на металлы
1.2.1. Основные модели деформирования и разрушения конструкций в условиях водородной коррозии
1.2.2. Обобщенная модель деформирования и разрушения конструкций в условиях водородной коррозии
1.3. Методы расчета конструкций с учетом воздействия водородной
коррозии и неоднородного поля температур
РИСУНКИ К ГЛАВЕ
ВЫВОДЫ ПО 1 ГЛАВЕ
2. ПОСТРОЕНИЕ И АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ ДЕФОРМИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ, ПОДВЕРГАЮЩИХСЯ СОВМЕСТНОМУ
ВОЗДЕЙСТВИЮ НАГРУЗКИ, ТЕПЛОВОМУ ПОЛЮ И ВОДОРОДСОДЕРЖАЩЕЙ СРЕДЫ
2.1. Особенности влияния неоднородного поля температур на элементы конструкций
2.1.1. Влияние температуры на ползучесть элементов конструкций
2.1.2. Влияние температуры на механические свойства материалов конструктивных элементов

2.1.3. Влияние температуры на напряженно-деформированное состояние конструктивного элемента
2.2. Модель воздействия температуры
2.3. Модель воздействия водородсодержащей среды на конструктивный элемент с учетом влияния неоднородного поля температур
2.3.1. Распределение давления водорода по объему конструктивного элемента
2.3.2. Влияние распределения теплового и концентрационного полей по объему конструктивного элемента на поведение параметра химического взаимодействия
2.4. Модель деформирования материала в условиях воздействия высокотемпературной водородной коррозии
2.4.1. Линейное напряженное состояние
2.4.2. Сложное напряженное состояние
2.5. Моделирование поврежденности конструкций, находящихся в условиях водородной коррозии
2.5.1. Подходы к описанию поврежденности материала
2.5.2. Модель наступления предельного состояния
РИСУНКИ К ГЛАВЕ
ВЫВОДЫ ПО 2 ГЛАВЕ
3. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ К РАСЧЕТУ КОНСТРУКЦИЙ, ПОДВЕРГАЮЩИХСЯ ВОДОРОДНОЙ КОРРОЗИИ В НЕОДНОРОДНОМ ПОЛЕ ТЕМПЕРАТУР
3.1. Основные положения применения метода конечных элементов в инженерных задачах
3.2. Сравнительный анализ программных комплексов, реализующих метод конечных элементов
3.3. Дополнительные макросы к программному комплексу АУБ, позволяющие учитывать процесс водородной коррозии в неоднородном поле температур
~ 4 ~
3.4. Исследование модернизированного программного комплекса на ряде типовых задач
3.5. Влияние густоты сетки и мелкости временного шага на точность получаемых результатов
3.5.1. Исследование влияния густоты сетки на сходимость решения задачи теплопроводности
3.5.2. Исследование влияния густоты сетки на сходимость решения структурной задачи
3.5.3. Исследование влияния временного шага на точность получаемых результатов
3.6. Моделирование напряженно-деформированного состояния и разрушения толстостенного трубопровода в условиях водородной коррозии и неоднородного поля температур
3.6.1. Напряженно-деформированное состояние и разрушение толстостенного трубопровода, находящегося под внутренним давлением водорода
3.6.2. Напряженно-деформированное состояние и разрушение толстостенного трубопровода, находящегося под двусторонним давлением водорода
3.6.3. Длительная прочность цилиндрического конструктивного элемента
при различных давлениях, температурах и режимах нагружения
РИСУНКИ К ГЛАВЕ
ВЫВОДЫ ПО 3 ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Адекватность этой модели невелика, но она является первой моделью, в которой учет влияния водорода высоких параметров был произведен путем моделирования ряда процессов, сопровождающих деформирование материалов, а не простой корректировкой коэффициента запаса.
Модель В.М. Кожеватовой [69 - 73].
Процесс ползучести описывается уравнением состояния в форме теории течения:
£и=/ir=Aq) о-2°)
со следующей системой уравнений для структурных параметров:
• уравнение накопления повреждений:
= а(дКй№о/№[ 1 - а/№]у(ч); (1.21)
• стационарное уравнение диффузии водорода, в результате решения которого определяется распределение водорода по объему конструктивного элемента:
D42CH = 0 (1.22)
с соответствующими граничными условиями;
• уравнение химического взаимодействие, описывающее кинетику физико-химических превращений, приводящих к изменению механических свойств материала:
% = K(P-q), (1.23)
в которой коэффициент К и величина Р учитывают зависимость скорость
реакции от температуры и напряжения:
К = К0« + £)ехр (-),
Р(С„) = S0P%2 exp (-£) Y4(x,y,z).
В этих выражениях:
еи - интенсивность полной деформации; рИ - интенсивность деформаций ползучести; со - скалярный параметр поврежденности;