Визначення довговічності металічних матеріалів та зварних з’єднань при циклічному навантаженні і наводнюванні - Автореферат

Під час експлуатації конструкцій, що працюють на втому, у водневовмісних середовищах їх загальна довговічність значно знижується внаслідок шкідливого впливу наявного в зовнішньому середовищі водню, який потрапляючи у внутрішній обєм металу, полегшує зародження та поширення в ньому втомних тріщин. Тому при моделюванні цих процесів важливе значення має кількісний опис взаємодії водневого середовища із елементами металоконструкцій (процеси масопереносу, взаємодія із неоднорідностями та дефектами структури, вплив на міцнісні та деформаційні характеристики та ін.). Робота має тісний звязок із такими державними науковими програмами: “Дослідження втомного руйнування конструкційних матеріалів в умовах складного напруженого стану та при дії динамічного навантаження” (№ держреєстрації 0100U004861, 2000-2002 рр.); “Дослідження кінетики та механізму високотемпературної пошкодженності металів в середовищі водню” (№ держреєстрації 0197U018137, 1997-1998 рр.); госпдоговірна тема “Експериментальні дослідження корозії внутрішньої поверхні нафтопроводів та видача рекомендацій на антикорозійний захист”, номер реєстрації ФМІ НАНУ № 2845 (2001) за господарським договором між ФМІ НАНУ і ДАТ “Придністровські магістральні нафтопроводи”. Метою роботи є розробка на базі енергетичного підходу механіки руйнування методик визначення періодів зародження та докритичного росту втомних тріщин в неоднорідних за механічними властивостями матеріалах і елементах конструкцій, що експлуатуються в умовах дії водневих середовищ та побудова розрахункових моделей, за допомогою яких, можна визначати характер поширення на основних стадіях втомного росту тріщин у наводнених металічних матеріалах та прогнозувати загальну довговічність таких конструкцій. В публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачу належить: в роботі [1] - постановка задачі дифузії водню та визначення її розвязку; в роботі [2] - узагальнення розрахункової моделі поширення втомних макротріщин у зварному зєднанні на випадок складного напруженого стану та наявності концентрації водню, побудова кінетичних рівнянь; в роботі [3] - побудова числового розвязку задачі дифузії водню в біметалічній стінці; в роботі [4] - розробка методики розрахунку залишкової довговічності елемента газопроводу; в роботі [5] - узагальнення розрахункової схеми та побудова числового розвязку визначальних рівнянь; в роботі [6] - визначення концентрації водню в зварному зєднанні та узагальнення розрахункової моделі; в роботі [9] - проведення досліджень та інтерпретація результатів; в роботі [10] - побудова розрахункової моделі зародження втомної макротріщини біля наводненої вершини концентратора напружень та визначення аналітичного розвязку визначального інтегрального рівняння; в роботі [11] - проведення досліджень та інтерпретація результатів.У другому розділі зроблено спробу визначити поле концентрації водню в елементах металоконструкцій, що зовні контактують із водневовмісним середовищем. Розглянуто задачу для визначення концентрації водню в зоні передруйнування біля вершини тріщини із врахуванням наявності в матеріалі деякого початкового рівня концентрації водню С0. Як відомо, в зоні біля вершини тріщини наявний високий градієнт гідростатичної компоненти тензора механічних напружень, тому поле концентрацій водню тут шукали на основі узагальненого закону Фіка із врахуванням поля механічних напружень Апроксимуючи зміну гідростатичного напруження в зоні біля вершини тріщини лінійною кусково-гладкою функцією, задача дифузії водню біля вершини тріщини для одновимірного випадку в безрозмірних змінних зводиться до системи двох диференціальних рівнянь Для випадку кусково-неоднорідних тіл на границі між підобластями функція розчинності водню матиме скачок, а значить скачок матиме і функція концентрації водню (що випливає із умови неперервності функції хімічного потенціалу водню по всій області).

Основний зміст дисертації

1. Андрейків О.Є., Рудавський Д.В. Розрахунок ресурсу елемента трубопроводу під впливом водневовмісного середовища // Фіз.-хім механіка матеріалів. - 1999. - №4. - С. 43 - 48.

2. Андрейків О.Є., Рудавський Д.В., Гембара О.В. Розрахункова модель поширення втомних тріщин у наводнених зварних зєднаннях // Там же. - 2002. - №6. - С. 18 - 24.

3. Андрейків О.Є., Гембара О.В., Рудавський Д.В. Вплив залишкових і термічних напружень на перерозподіл водню в біметалевих матеріалах // Машинознавство. - 2002. - №6. - С. 3 - 6.

4. Андрейків О.Є., Рудавський Д.В. Поширення поверхневої напівеліптичної тріщини в стінці труби газопроводу з врахуванням впливу наявного в газі водню // Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій: Зб. наук. праць. - Львів: Каменяр, вип. 5. - 2002. - С. 437-442.

5. Андрейків О.Є., Рудавський Д.В. Кінетика тріщини в стінці трубопроводу з урахуванням впливу воденьутримувального середовища // Механіка руйнування матеріалів і міцність конструкцій (випуск 2): Зб. наук. праць. - Т. 2. - Львів: Каменяр. - 1999. - С. 65-69.

6. Гембара О. В., Ліщинська М. В., Рудавський Д.В. Розрахункова модель поширення втомних тріщин у зварних зєднаннях в умовах дії водневого середовища // Зб. доп. наук.-техн. конференції молодих науковців КМН-2001. - Львів. - 2001. - С. 100-103.

7. Рудавський Д.В. Розрахункова модель зародження втомних тріщин у зварному зєднанні для випадку плоского напруженого стану // Зб. доп. наук.-техн. конференції молодих науковців КМН-2002. - Львів .- 2002. - С. 6 - 10.

8. Рудавський Д.В. Розрахункова модель для визначення періоду зародження втомної макротріщини // Зб. доп. наук.-техн. конференції молодих науковців КМН-2003. - Львів .- 2003. - С. 98 - 101.

9. Андрейків О.Є., Рудавський Д.В. Енергетичний підхід в механіці втомного руйнування матеріалів // Шостий міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові: Тези доповідей. - Львів: КІНПАТРІ ЛТД. - 2003. - С. 5 - 6.

10. А.Е. Андрейкив, Ю. Полянский, Д.В. Рудавський. Определение периода зарождения усталостных макротрещин возле концентратора напряжений // Materialy II Sympozjum Mechaniki Zniszczenia Materialow i Konstrukcji. - Augustow. - 4-7 czerwca 2003. - С. 5 - 7.

11. О.Є. Андрейків, Ю. Полянський, Д.В. Рудавський. Дослідження росту втомних тріщин в тонкостінних елементах конструкцій з неоднорідних наводнених матеріалів // Праці Пятого українсько-польський наукового симпозіуму “Актуальні задачі механіки неоднорідних структур”. - Львів-Луцьк. - 2003.