Диссертация (1149805)
Текст из файла
Санкт-Петербургский государственный университетНа правах рукописиСедова Ольга СергеевнаМоделирование механохимической коррозиисферических сосудов давленияСпециальность 01.02.04 —«Механика деформируемого твёрдого тела»Диссертация на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физ.-мат. наук, доцентПронина Ю. Г.Санкт-Петербург — 20162ОглавлениеВведение . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51 Обзор литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131.1 История развития знаний о коррозии . . . . . . . . . . . . . . . .131.2 Модели коррозии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182 Равномерная коррозия толстостенной сферы . .
. . . . . . . . .252.1 Задача о двусторонней механохимической коррозиитолстостенной сферы в терминах главного напряжения . . . . . .262.1.1Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .262.1.2Вывод и решение основного дифференциального уравнения 282.1.3Случаи односторонней коррозии . . . .
. . . . . . . . . . .342.1.4Результаты расчётов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .352.2 Выбор эквивалентного напряжения в задаче омеханохимической коррозии толстостенной сферы . . . . . . . . .382.2.1Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .382.2.2Сопоставление моделей . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .402.2.3Результаты расчётов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .432.3 Механохимическая коррозия толстостенной сферы с учётомпороговых напряжений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .472.3.1Постановка задачи . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .472.3.2Вывод и решение основного уравнения. . . . . . . . . . .492.3.3Результаты расчётов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .542.4 Определение оптимальной начальной толщины . . . . . . . . . . .562.4.1Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .572.4.2Решение задачи . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .582.4.3Результаты расчётов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .622.5 Механохимическая коррозия толстостенной сферы с учётомтермоупругих напряжений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .632.5.163Постановка задачи .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32.5.2Температурные напряжения в толстостенной сфере . . . .652.5.3Решение задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .662.5.4Результаты расчётов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .693 Равномерная коррозия тонкостенной сферы . . . . .
. . . . . . .713.1 Механохимическая коррозия тонкостенной сферы с учётомпороговых напряжений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .723.1.1Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .723.1.2Решение задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .733.1.3Результаты расчётов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .763.2 Уточнённое решение задачи о механохимической коррозиитонкостенной сферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .773.2.1Постановка задачи . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .783.2.2Решение задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .783.2.3Результаты расчётов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .813.3 Задача о механохимической коррозии тонкостенной сферы сучётом термоупругих напряжений . . . . . . . . . . . . . . . .
. .843.3.1Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .843.3.2Решение задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .853.3.3Результаты расчётов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .873.4 Определение долговечности тонкостенной сферы в условияхконкурирующих механизмов разрушения .
. . . . . . . . . . . . .883.4.1Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .883.4.2Метод оценки долговечности . . . . . . . . . . . . . . . . .893.4.3Решение задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .903.4.4Результаты расчётов . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .914 Расчёт напряжений в окрестности поверхностного дефекта . .934.1 Построение модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .944.1.1Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .944.1.2Описание геометрии . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .944.1.3Построение конечно-элементной модели . . . . . . . . . . .954.2 О концентрации напряжений в окрестности питтинга . . . . . . .994.3 Результаты расчётов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 1014Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111Список рисунков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128Список таблиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 1325ВведениеКоррозию классифицируют по различным признакам. По характеру повреждений выделяют сплошную (при которой разрушается вся поверхность материала) и местную коррозию (при которой образуются локальные очаги разрушения). Сплошную коррозию, скорость которой практически одинакова повсей поверхности, называют равномерной. Для сплошной коррозии, скоростькоторой зависит от механических напряжений в теле, был ведён термин «механохимическая» коррозия [1].Актуальность темы. Приводя к преждевременному износу и выходу изстроя конструкций, коррозия наносит значительный ущерб экономике и экологии [2–4].
В процессе эксплуатации многие металлоконструкции находятся вусловиях совместного воздействия агрессивных сред (природных и/или технологических) и механических нагрузок. При этом ущерб от совместного действиякоррозии и напряжений часто оказывается более существенным, чем при простом «наложении» повреждений, вызванных механической нагрузкой и влиянием агрессивной среды, действующих по отдельности [1; 5–7].При механохимической коррозии нагруженных стержней, пластин и оболочек их толщина уменьшается вследствие коррозионного растворения. Утонение приводит к возрастанию напряжений (при неизменной нагрузке), что, всвою очередь, ускоряет коррозионный процесс, вызывая ещё более быстрое утонение и т.
д. Таким образом, для моделирования процесса механохимическойкоррозии необходимо исследовать начальные краевые задачи с неизвестнымиподвижными границами. Большинство их решается с помощью численных методов. Однако, использование программных комплексов для решения сложныхмногопараметрических задач с подвижными границами требует высокой квалификации специалистов и не всегда приводит к адекватным результатам.
Поэтому построение «эталонных» аналитических решений является актуальнойзадачей, как для верификации численных расчётов, так и для целей конструирования и прогнозирования срока службы элементов конструкций.Несмотря на то, что для пластин, сферических и цилиндрических оболочек получены аналитические решения некоторых задач о равномерной корро-6зии (см. обзор литературы в гл. 1), ни одно из существующих решений в явномвиде не учитывает влияние пороговых напряжений, необходимость учёта которых подчёркивается в работе [8]. Существующие решения для тонкостенныхконструкций зависят лишь от разности внутреннего и внешнего давлений, но неот самих значений давлений, что, как показано в представленной работе, длязадач о механохимической коррозии сосудов высокого давления может привести к существенной погрешности.
В связи с этим для инженерных приложенийактуально получить более точные решения для тонкостенных конструкций, нобез их усложнения по сравнению с уже имеющимися. При этом во всех решениях целесообразно учитывать возможное затухание коррозионного процесса,наблюдаемое при формировании плотных плёнок окислов и/или уменьшенииконцентрации реагирующих веществ.Целью данной работы является построение новых аналитических решений задач о механохимической коррозии сферических элементов конструкций,учитывающих влияние пороговых напряжений, высоких гидростатических давлений и возможного затухания коррозии; а также исследование применимостиформул для равномерного износа к задаче о сосуде с поверхностным дефектом.В рамках данной тематики предполагалось решение следующих задач:• исследование вопроса о выборе эквивалентного напряжения в задачахо механохимической коррозии сферических сосудов высокого давления;• решение задач о равномерном механохимическом износе сферическихсосудов, находящихся под давлением коррозионных сред, с учётом пороговых напряжений;• решение задач о равномерном механохимическом износе сферическихсосудов, находящихся под давлением коррозионных сред, с учётом термоупругих напряжений, вызванных перепадом температур на внутренней и внешней поверхностях сосудов;• определение оптимальной начальной толщины сферических сосудовдавления, эксплуатируемых в агрессивных средах;• расчёт напряжённого состояния толстостенной сферы с наружной выемкой;• исследование применимости формул для равномерного износа бездефектного сферического сосуда уменьшенной («приведённой») постоян-7ной толщины к оценке напряжённого состояния сферического сосуда снаружным поверхностным дефектом.Основные положения, выносимые на защиту:• Теоретическое обоснование целесообразности использования максимального нормального напряжения в качестве эквивалентного напряжения в задачах о механохимической коррозии сосудов высокого давления.• Аналитическое решение задачи о двусторонней механохимической коррозии толстостенной сферы под давлением с учётом пороговых напряжений и возможного затухания коррозионного процесса.• Аналитическое решение задачи о двусторонней механохимической коррозии толстостенной сферы под давлением с учётом термоупругих напряжений и возможного затухания коррозионного процесса.• Аналитическое решение задачи определения оптимальной начальнойтолщины сферы, эксплуатируемой в агрессивных средах, с учётом возможного затухания коррозионного процесса.• Уточнённое аналитическое решение задачи о затухающей двустороннейравномерной механохимической коррозии тонкостенной сферы, отражающее влияние высокого гидростатического давления на внутреннейи наружной поверхностях, с учётом пороговых напряжений.• Уточнённое аналитическое решение задачи о затухающей двустороннейравномерной механохимической коррозии тонкостенной сферы с учётомтермоупругих напряжений.• Обоснование нецелесообразности применения модели равномерного износа толстостенной сферы уменьшенной («приведённой») толщины дляоценки напряжённого состояния толстостенной сферы с наружным поверхностным дефектом.Методы исследования.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
