Проблемам экспериментального исследования и теоретического описания и анализа поведения стальных конструктивных элементов в условиях воздействия водорода высоких параметров посвящены работы , , и других. На основе анализа проведенных ранее исследований делается вывод о том, что моделирование поведения неравномерно прогретых конструктивных элементов в условиях водородной коррозии проводилось недостаточно, а также не рассматривалось действие изменяющихся тепловых полей и давлений водорода. В реальности же часто приходится иметь дело с подобными ситуациями и поэтому задача анализа поведения конструкций в квазистациоарных внешних воздействиях является актуальной.

Во второй главе рассматриваются особенности проникания водорода в неравномерно прогретый конструктивный элемент, поведение параметра химического взаимодействия при различных режимах внешних воздействий, решается ряд модельных связанных задач теплопроводности и диффузии водорода.

Моделированию кинетики обезуглероживания и расчету полей напряжений и деформаций предшествуют два важных этапа: определение теплового и концентрационного полей на основе решения связанной задачи теплопроводности и диффузии водорода в виде:

; ;

; . (1)

Зависимость коэффициента диффузии водорода от температуры имеет вид:

. (2)

В данной главе решается ряд связанных задач тепло - и массопереноса: модельная задача для полубесконечной пластинки, задача для трубопровода и круглой пластинки. Результаты расчета в случае защемленной по контуру круглой пластинки представлены на рис. 1.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Рис. 1. Распределение давления водорода по диаметральному сечению неравномерно прогретой по толщине круглой пластинки.

Для неравномерно прогретого трубопровода под внутренним давлением водорода (рис. 2) задача (1) с учетом (2) будет иметь следующее решение:

, (3)

. (4)

Кинетика параметра химического взаимодействия описывается следующим дифференциальным уравнением:

(5)

Решение уравнения (5) при k = const имеет вид логистической кривой:

, (6)

где . При изменяющихся во времени воздействиях давлений и температур уравнение (5) решается численно. На рис. 3 графику, изображенному пунктиром, соответствует значение постоянного давления в 25

Рис. 2. Распределение температуры, давления водорода и параметра химического взаимодействия в трубе.

Рис. 3. Значения параметра химического взаимодействия при различных режимах воздействия давления водорода.

МПа, точечному графику – линейное возрастание давления от 20 до 25 МПа, сплошному – постоянное давление в 20 МПа. Моделирование кинетики фронта обезуглероживания заключается в определении зависимости , чтобы по заданному значению времени можно было определить, в каком месте сечения завершилось обезуглероживание. Для расчета кинетики фронта обезуглероживания нужно использовать законы распределения давления водорода и температуры по сечению трубопровода (3) и (4). В итоге получим следующее уравнение:

. (7)

Решение уравнения (7) при различных давлениях и температурах представлено на рис. 4 и 5. Расчеты проводились при различных значениях температуры на наружной поверхности трубопровода: на рис. 4 сплошная линия соответствует 450 ºС, точечный график – 470 ºС, пунктир – 485 ºС.

Рис. 4. Кинетика фронта обезуглероживания при различных температурах.

Рис. 5. Кинетика фронта обезуглероживания при различных давлениях.

Видно, что по мере удаления от

внутренней поверхности трубопровода наблюдается “запаздывание” фронта обезуглероживания, соответствующего меньшим температурам наружной поверхности. На рис. 5 приведены графики для различных давлений: сплошная линия соответствует 15 МПа, пунктир – 20 МПа, штрихпунктир – 25 МПа.

В работе предложена упрощенная модель химического взаимодействия в виде:

(8)

которая корректно описывает происходящие процессы, но ее график представляет ломаную кривую, что влечет за собой сильное изменение производных как по времени, так и по координате в точках начала и конца химических превращений.

В формуле (8) - инкубационный период.

В третье главе производится построение моделей для расчета элементов конструкций с учетом ползучести в условиях воздействия водорода высоких параметров. Используется модель установившейся ползучести:

, . (9)

Физические соотношения в случае сложного напряженного состояния в условиях водородной коррозии имеют вид:

, , ,

, , ,(10)

, , .

, , , . (11)

В уравнениях (9) и (10) величины , , , являются функциями параметра химического взаимодействия и температуры в виде:

, , ,, , (12)

где все величины с индексом “0” относятся к исходному материалу, а с индексом “1” – к полностью обезуглероженному; значение со звездочкой и индексом “Т” – приведенная зависимость коэффициента от температуры, которая в силу небольших перепадов температур принималась линейной.

Определение момента разрушения конструктивного элемента осуществляется на основе решения уравнения накопления повреждений в виде:

(13)

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4