Оцінювання роботоздатності та довговічності елементів трубопроводів, підданих дії статичних навантажень та корозійних середовищ

На основі таких міркувань виконували відповідні розрахунки для сталі 12X1МФ при - - 26 МПа, R/h = 3, R = 0,15 м. Вважали, що радіус початкового дефекту: - - a = 10-4 м. 

На основі проведених розрахунків побудовано залежність залишкового ресурсу експлуатації труби від величини експлуатаційного тиску p та складу робочого середовища (рис. 21). Розраховані значення критичної глибини дефектів та час залишкового ресурсу труби для різних значень %мас NaCl поміщені в табл. 3.

 

Таблиця 3

Розраховані значення критичної глибини дефектів та час залишкового ресурсу труби для різних значень вмісту іонів Na+ та Cl- у середовищі.

Аналізуючи отримані результати, бачимо, що залишковий ресурс експлуатації труби залежить від експлуатаційного тиску та складу робочого середовища, причому за підвищених тисків він суттєво зменшується.

Описаний вище метод оцінювання довговічності трубопроводів дозволяє спрогнозувати їх роботоздатність та врахувати механізм сумісного впливу концентрації напружень й робочих середовищ на міцність та надійність елементів конструкцій. Його можна використати для розв’язку задач міцності конструкцій, поверхня яких піддана локальним корозійним руйнуванням за сумісної дії робочих середовищ різної активності та експлуатаційних навантажень.

 

 

На основі отриманих у роботі результатів про взаємозв’язок поля механічних напружень з локальною корозійною пошкоджуваністю в околі заповнених середовищами концентраторів напружень типу порожнин, раковин, щілин та зварних швів в елементах трубопроводів можна зробити такі висновки.

1.Сформульована і розв’язана задача механіки деформівного твердого тіла про зміщення електродного потенціалу біля концентраторів напружень. Запропоновано алгоритм визначення локалізованого корозійного руйнування ділянок матеріалу.

2.Встановлено, що поділ поверхні колового отвору, контур якого неоднорідно здеформований, на корозійно уражені і неуражені ділянки не збігається з поверхнями розтягу та стиску, а залежить від прикладених зусиль та електропровідності середовища. За підвищення електропровідності середовища додаванням до нього від 0,03 до 1% солі NaCl ділянка корозійного руйнування локалізується в межах від 42 до 33 градусів та зростає більше як на порядок його інтенсивність.

3.Показано, що зі зростанням внутрішнього тиску у трубі із поздовжнім швом підсилюється інтенсивність рівномірного корозійного руйнування, однак це не впливає на перерозподіл ділянок поверхні труби на уражені і неуражені ділянки, який залежить лише від характеру заданого розподілу залишкових напружень та складу середовища.

4.Розв’язано задачу інтенсифікації корозійного руйнування комбінованого зварного з’єднання “низьколегована сталь 12Х1МФ – шов - нержавіюча сталь Х18Н10Т” залишковими напруженнями розтягу, і на основі встановленого розподілу електродного потенціалу обґрунтовано пришвидшене руйнування сталі 12Х1МФ у зоні зварного шва.

5.Побудовано розв’язок задачі про взаємодію металу та середовища у вершині тріщиноподібного дефекту і встановлено, що для системи сталь–високопровідний 3 % розчин NaCl під дією напружень у пружній області навантаження електродний потенціал максимально зміщується на 20 мВ, що зумовлює значне зростання швидкості корозійного руйнування.

6.Встановлено закономірність зміни інтенсивності корозійного розчинення у вершині тріщиноподібного дефекту залежно від зміни його глибини та радіуса закруглення, на основі якої можна стверджувати, що поширення тріщини суттєво збільшує корозійний струм.

7.Шляхом оцінки росту концентраторів напружень типу раковин, тріщин, пор змодельовано процес корозійного руйнування з боку внутрішньої поверхні труби, коли його інтенсивність на дні дефекту залежить як від рівня напружень розтягу, так і від провідності середовища. На цій основі розроблено метод оцінювання залишкового ресурсу трубопроводу та показано, що збільшення внутрішнього тиску у трубі (розтягальних напружень) супроводжується послабленням впливу чинника провідності розчину (концентрації NaCl) через зменшення критичної глибини дефекту.

 

 

Стащук М.Г., Малик О.М. Розрахунок залишкових напружень в циліндричній трубі під тиском зі швом вздовж твірної // Діагностика, довговічність та реконструкція мостів і будівельних конструкцій. – Львів: Каменяр, 2003. – Вип. 5. – С. 187-197.

Малик О.М. Електродний потенціал на межі циліндра та середовища під дією зосереджених сил // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2005. – 41, № 5. – С. 121-122.

Стащук М.Г., Малик О.М. Розрахунок електродного потенціалу біля зварного шва в розчинах NaCl // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2006. – 42, № 5. – C. 35-40.

Стащук М.Г., Малик О.М. Зміна під тиском електродного потенціалу на межі агресивне середовище-сталева труба // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2004. – 40, № 4. – С. 48-52.

Добош У.М., Стащук М.Г., Малик О.М. Визначення електродного потенціалу в трубі з заданим полем напружень // Збірник наукових праць “Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій”. Том 6 – Львів, 2005 р. –С 19-28.

Стащук М.Г., Малик О.М. Розподіл електричного потенціалу в тілі з еліптичним отвором при механічному навантаженні // Машинознавство. – 2006. – № 4 (106). – С. 15-19.

Бліхарський З.Я., Стащук М.Г., Малик О.М. Теоретичні та експериментальні дослідження корозійних руйнувань залізобетонних балок в агресивному середовищі // Вісник Одеської державної академії будівництва й архітектури. – 2003. – № 10. – С. 22-29.

Стащук М.Г., Малик О.М. Вплив тиску на залишкові напруження у циліндричній трубі з базовим швом вздовж твірної // Матеріалознавство і механіка матеріалів. – Львів: Наукове товариство ім. Шевченка, 2003. –