МОДЕЛИРОВАНИЕ УСЛОВИЙ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТРЕЩИН В ТРУБЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ВОДОРОДОСОДЕРЖАЩЕЙ СРЕДЫ

Сведения об авторе
  • Институт проблем машиноведения РАН, Санкт-Петербург, Россия

Аннотация

Рассматривается актуальная проблема современной техники о разрушении трубопровода в результате воздействия на него водорода, содержащегося в транспортируемом сырье. Водород изменяет механические свойства металла, воздействуя на напряженно-деформированное состояние трубы, которое, в свою очередь, оказывает влияние на распределение водорода в трубе. Принятые в работе гипотезы о характере этой связи позволили объяснить причину зарождения окружной трещины в трубе под воздействием водорода. Разработан алгоритм итерационного расчета напряженно-деформированного состояния трубы, внутри которой содержится водородосодержащая смесь. Решена связанная задача теории упругости и диффузии в плоской осесимметричной постановке. Поскольку процесс взаимодействия водорода и металла очень медленный, он рассмотрен в последовательных статических постановках. Сначала решается задача типа Ламе для трубы с модулем упругости, зависящим от радиальной координаты. Методом конечных разностей найдены поля напряжений и деформаций трубы, находящейся под давлением. Далее определяется концентрация свободного водорода в трубе, обусловленная его содержанием на поверхностях трубы и ее напряженным состоянием. Принятая гипотеза об условии вклинивания атомов водорода в кристаллическую решетку металла позволяет на следующем этапе расчета провести оценку влияния водорода на механические свойства материала трубы. Расчет полей напряжений и концентрации повторяется вновь уже с измененными механическими характеристиками. Итерационный процесс останавливается, когда напряжения в трубе достигают критических значений по критерию Мизеса или когда механические свойства материала трубы перестают изменяться. Расчеты показали, что при некоторых сочетаниях концентрации водорода и давления на стенку трубы в ней возникают зоны пластических деформаций, которые могут привести к расслоению материала в окружном направлении. Этот результат соответствует известным экспериментальным данным.

Ключевые слова

влияние водороданапряжения в трубеводородная диффузияводородное растрескивание.

Литература

  1. 1.Elboujdaini M., 2006. Initiation of Near Neutral pH Environmentally Assisted Cracking in Line Pipe Steel // Proceedings of the 16th European Conference of Fracture. – Alexandroupolis, Greece, July 3 – 7, 2006. Scholar
  2. 2.Balueva A. Modeling of hydrogen embrittlement cracking in pipe-lines under high pressures // Procedia Materials Science. – 2014. – Vol. 3. – P. 1310–1315. Scholar
  3. 3.Модели влияния водорода на механические свойства металлов и сплавов / Ю.А. Яковлев, В.А. Полянский, Ю.С. Седова, А.К. Беляев // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. –2020. – № 3.– С. 136–160. DOI: 10.15593/perm.mech/2020.3.13 Scholar
  4. 4.Towards a unified and practical industrial model for prediction of hydrogen embrittlement and damage in steels / M.B. Djukic [et al.] // Procedia Structural Integrity. – 2016. – Vol. 2. – P. 604–611. Scholar
  5. 5.Основы повышения долговечности высокопрочных сталей, эксплуатируемых в водородсодержащих средах / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов [и др.]. – М.: Инфра-Инженерия, 2021. – 352 с. Scholar
  6. 6.Степанов А.В. О причинах преждевременного разрыва // Изв. АН СССР. ОМЕН. – 1937. – № 6. – С. 797–813. Scholar
  7. 7.Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. – М.: Металлургия, 1984. – 280 с. Scholar
  8. 8.Косевич А.М. Дислокации в теории упругости. – Киев: Наукова думка, 1978. – 219 с. Scholar
  9. 9.Чулкин С.Г., Зиновьева Т.В. Расчет влияния водорода на прочность морского трубопровода // Морские интеллектуальные технологии. – 2019. – № 2 (44). – Т. 1. – С. 31–35. DOI: 10.13140/RG.2.2.22027.34088 Scholar
  10. 10.Зиновьева Т.В. Влияние концентрации водорода на растрескивание трубы // Современное машиностроение: Наука и образование: материалы 9-й Международной научно-практической конференции. – СПб., 2020. – С. 196–206. DOI: 10.1872/MMF-2020-15 Scholar

Другие статьи выпуска

Весь выпуск (№ 3, 2023)
Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована
03.07.2023
В выпуске
03.07.2023
Выпуск
№ 3 (2023)
Поделиться