МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ПОВЗУЧОСТІ ТА КОРОЗІЙНОГО РОЗТРІСКУВАННЯ ТРУБ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-9130.2025.2.336089Ключові слова:
повзучість, пошкоджуваність, корозійне розтріскування, моделювання, метод скінченних елементів, товста трубаАнотація
Статтю присвячено опису методу спільного аналізу деформування та руйнування конструктивних елементів, що знаходяться в умовах високотемпературної повзучості, пов’язаного з нею накопичення прихованих пошкоджень, та в яких деякі поверхні піддано впливу агресивних середовищ. Крайова задача розв’язується з використанням методу скінченних елементів, для початкової задачі використано різницевий метод інтегрування за часом. Для аналізу корозійного розтріскування внутрішньої поверхні труби використано підхід, що полягає у виключенні з розрахункової моделі «зруйнованих» скінченних елементів, тобто тих, в яких параметр пошкоджуваності сягнув свого критичного значення, та переформулювання крайової задачі для моделі з новою геометрією та збереженими початковими умовами для компонентів напружено-деформованого стану та параметру пошкоджуваності у решті скінченних елементів. Для моделювання накопичення прихованої пошкоджуваності внаслідок повзучості та корозії використано підхід з врахуванням внесків приростів відповідних процесів на кожному кроці за часом. Пошкоджуваність внаслідок корозії моделюється автомодельним еволюційним рівнянням з врахуванням спеціально визначеного еквівалентного напруження на поверхні тіла. Як приклад використання методу чисельного моделювання розглянуто процес повзучості з прихованим руйнуванням матеріалу та подальше корозійне розтріскування у товстій трубі. Проаналізовано процес зростання пошкоджень у її матеріалі, оцінено співвідношення між швидкістю накопичення пошкоджень внаслідок повзучості та корозійного розтріскування на поверхні. Розроблений підхід та скінченноелементний метод розрахунку пропонується надалі застосувати для аналізу деформування та корозійного розтріскування елементів конструкцій складної геометрії, які використовуються у енергетичній та атомній промисловості.
Посилання
Jones R. H. Mechanisms of stress-corrosion cracking. Stress-Corrosion Cracking: Materials Performance and Evaluation, 2017, pp. 1-41. https://doi.org/10.31399/asm.tb.sccmpe2.t55090001
Andrejkiv O. Ye., Gembara O. V. Mexanika rujnuvannya ta dovgovichnist metalevyx materialiv u vodnevmisnyx seredovyshhax. [Fracture mechanics and durability of metallic materials in aqueous environments]. Nauk. dumka, 2008, 344 p.
Kofstad P. High temperature corrosion. London and New York, Elsevier Applied Science, 1988, 568 p.
Marcus P., Mansfeld F. B. Analytical methods in corrosion science and engineering. CRC press, 2005, 776 p. https://doi.org/10.1201/9781420028331
Sequeira C. A. C. High temperature corrosion: fundamentals and engineering. John Wiley & Sons, 2019, 629 p. https://doi.org/10.1002/9781119474371
Aldellaa I. et al. Effect of creep on corrosion-induced cracking. Engineering Fracture Mechanics, 2022, Т. 264, P. 108310. https://doi.org/10.48550/arXiv.2202.03135
Morachkovsky O. K., Romashov Yu. V. Kontynualnaya model rosta treshhyn korrozyonnogo rastreskyvanyya dlya rascheta resursa konstrukcyj [A continuous model of crack growth of corrosion cracking for calculating the resource of structures]. Fizyko-ximichna mexanika materialiv. [Physicochemical mechanics of materials]. 2010, №. 46,№ 2. P. 111-116.
Morachkovsky O. K., Romashov Yu. V. Prognozyrovanye korrozyonnogo rastreskyvanyya konstrukcyj pry vusokotemperaturnoj polzuchesty [Prediction of stress corrosion cracking of structures under high-temperature creep]. Fizyko-ximichna mexanika materialiv. [Physicochemical mechanics of materials]. 2010. № 5. P. 43-47.
Wang X. Y. et al. Numerical investigation of creep crack growth behavior of UNS N10003 alloy based on the creep damage model. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 2022, Т. 200, P. 104838. https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2022.104838
Jezequel T. et al. Stress corrosion crack initiation of Zircaloy-4 cladding tubes in an iodine vapor environment during creep, relaxation, and constant strain rate tests. Journal of Nuclear Materials, 2018, Т. 499, p. 641-651. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2017.07.014
Hembara O. V., Chepil O. Y. Modeling of the deformation of structural elements under the conditions of creep, corrosion cracking, and hydrogenation. Materials Science. 2022, Т. 57, №. 4. P. 557-561. https://doi.org/10.1007/s11003-022-00578-x
Mohamad B. A., Abdelhussien A. Failure analysis of gas turbine blade using finite element analysis. International Journal of Mechanical Engineering and Technology (IJMET). 2016, Т. 7, №. 3, P. 299-305.
Jiang X. et al. Exploring the creep and oxidation behaviors of four types of FeCrAl alloys through small punch test at 600° C: experiments and simulations. Journal of Materials Research and Technology. 2023, Т. 27, P. 733-756. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.09.301
Robin R., Hariram V., Subramanian M. Probabilistic finite element analysis of a heavy duty radiator under internal pressure loading. Journal of Engineering Science and Technology. 2017, Т. 12, №. 9, P. 2438-2452.
Liu C., Kelly R. G. A review of the application of finite element method (FEM) to localized corrosion modeling. Corrosion. 2019, Т. 75, №. 11, P. 1285-1299.
Breslavsky, D. V. Deformuvannia ta Dovhotryvala Mitsnist Konstruktyvnykh Elementiv Yadernykh Reaktoriv [Deformation and Long-Term Strength of Structural Elements of Nuclear Reactors]. Drukarnia Madryd, 2020. 249 p.
C.C. 82758. Computer program Rozvyazannya dvovymirnyx zadach povzuchosti, poshkodzhuvanosti ta rozpovsyudzhennya trishhyn (FEM creep-damage-fracture). [Solution of two-dimensional problems of creep, damage and cracks (FEM creep-damage-fracture)]. Breslavsky D.V., Senko A.V., Tatarinova O.A. Registration date 12.11.2018.
