Предложен теоретико-экспериментальный метод исследования высокотемпературного водородного разрушения биметаллических элементов конструкций, работающих в водородсодержащих средах. Показано, что разрушение происходит вследствие объединения пор в трещину и ее дальнейшего подрастания в результате наполнения газом, который создает высокое давление. По данным теоретических исследований построена временная зависимость образования и роста площади трещины на границе сплавления стали 15Х2МФА-А с аустенитной наплавкой. Корректность теоретических положений разработанной методики подтверждена экспериментально. С этой целью использовались методы акустической эмиссии, ультразвукового контроля и металлографии.

У роботі досліджується вплив кінетики теплозмін, властивостей матеріалів та розмірів неоднорідностей на розвиток передумов водневої деградації на прикладі стінки корпусу реакторів гідрокрекінгу нафти серії 68-3К.

Розглянуто питання прогнозування міцності та довговічності елементів конструкцій у водневмісних середовищах. Висвітлено проблеми водневої деградації металевих матеріалів. Викладено теорію прогнозування довговічності конструкцій за реальних умов експлуатації з заданими параметрами водневмісних середовищ. Наведено експериментальні методи визначення статичної та циклічної тріщиностійкості металевих матеріалів у середовищі водню. Розкрито можливості використання запропонованих методів оцінки залишкової довговічності металевих конструкцій у даних середовищах для енергетичного обладнання та конструкцій нафтохімії.

Рассмотрены вопросы прогнозирования прочности и долговечности элементов конструкций в водородсодержащих средах. Освещены проблемы водородной деградации металлических материалов. Изложена теория прогнозирования долговечности конструкций в реальных условиях эксплуатации с заданными параметрами водородсодержащих сред. Приведены экспериментальные методы определения статической и циклической трещиноустойчивости металлических материалов в среде водорода. Раскрыты возможности использования предложенных методов оценки остаточной долговечности металлических конструкций в данных средах для энергетического оборудования и конструкций нефтехимии.

Рассмотрена математическая модель магнитного последействия в ферромагнетиках, насыщенных водородом. Влияние концентрации водорода на магнитное последействие учитывается зависимостью коэффициента релаксации намагниченности от деформации, которая, в свою очередь, зависит от концентрации водорода. Для длинного цилиндра установлена зависимость электродвижущей силы в контуре, который охватывает цилиндр, от времени при различных значениях скорости магнитной релаксации. Полученные зависимости можно использовать для интерпретации результатов измерений с целью установления концентрации водорода.

Методом конечных элементов решена задача неизотермической диффузии водорода с переменными коэффициентами диффузии и растворимости водорода для структурно-неоднородных материалов. Алгоритм апробирован на примере решения задачи диффузии водорода для биметаллического элемента конструкции. Установлено, что вследствие нестационарных тепловых процессов (теплосмен) в материалах могут возникать зоны временного сверхравновесного перенасыщения водородом, что может вызвать скрытую водородную их деградацию.

Предложена расчетная модель роста трещин, обусловленного водородом и длительными статическими нагрузками. В основу модели положен энергетический критерий разрушения материалов. В результате получена скорость роста трещины как функция нагрузки, размеров начальной трещины, физико-химических и прочностных характеристик материала. Теоретическая кривая удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными.

Предложен энергетический критерий распространения трещины в анизотропных телах, в основе которого уравнение энергетического баланса в момент старта трещины. В отличие от известных энергетических подходов в данном случае, кроме уравнения, определяющего предельное равновесие анизотропного тела с трещиной, использовано уравнение для нахождения направления начального роста трещины. Сформулированный критерий применен для установления предельно-равновесного состояния ортотропной бесконечной пластины с прямолинейной трещиной.

Разработан подход к исследованию процессов диффузии ионов дальнего и ближнего полей электролита в трещинах. Установлены основные соотношения для определения электрических полей в растворах электролитов возле полосообразного дефекта поверхности металлов и клиновидного разреза (трещины). Расчетные и экспериментальные данные удовлетворительно согласуются, что подтверждает корректность предложенного подхода.

Запропоновано алгоритм для визначення залишкового ресурсу елементів конструкцій з тріщинами (водневий двигун і реактор гідрокрекінгу нафти) за одночасної дії на них водневмісного середовища та тривалого механічного навантаження.

За допомогою енергетичного підходу механіки руйнування аналітично встановлено деформаційний і силовий критерії гранично-рівноважного стану тіла за умов змішаного навантаження і дії водню. Запропоновані критерії фізично обгрунтованіші, оскільки враховують реалізацію одночасно трьох макромеханізмів руйнування і вичерпання пластичності у всій зоні передруйнування. Тому їх можна використовувати для визначення залишкової міцності елементів конструкцій, які працюють за умов складного напруженого стану і дії водню.

Розглянуто проблему розтріскування металу (блістероутворення) в нафтогазовому устаткуванні. Проаналізовано причини виникнення зародків водневих блістерів і на основі цього розроблено розрахункову модель їх росту з урахуванням електролітичного наводнювання поверхні металу, дифузії водню всередину металу та його накопичення у внутрішніх мікродефектах. Наведено приклад розрахунку кінетики росту кругового блістера під дією водню, який проникає в метал під час корозії в середовищі вологого сірководню, у маловуглецевих і низьколегованих сталях.

Індекс рубрикатора НБУВ: Ж434-1 + К204.32-1

Рубрики:

Металеві конструкції

Дифузія в металах і сплавах

Шифр НБУВ: РА310048 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розроблено розрахунково-експериментальну методику оцінювання енергії руйнування композиційних матеріалів, яка полягає у визначенні методом цифрової спекл-кореляції переміщень поверхні в околі вершини концентратора напружень за статичного розтягу. За розподілом переміщень розраховано деформації в зоні передруйнування, розкритя та зсув берегів тріщини для заданого зусилля навантаження і бази вимірювання. Із діаграми статичного розтягу зразка для встановленої деформації одержано напруження в зоні передруйнування. На базі цих даних визначено енергію руйнування композита. Наведено результати досліджень для тришарового композиційного матеріалу на базі епоксиднофенольного пластика, хаотично армованого дисперсними частинками.

Приведен пример численного моделирования перераспределения водорода в элементах конструкций с защитными наплавками вследствие нестационарных тепловых воздействий. Установлено, что теплосмены изменяют диффузию водорода в двухслойных елементах конструкций, создавая при этом неравновесные перенасыщения водородом локальных объемов зоны сплавлення. Степень опасности при этом зависит от кинетики тепловых процессов. Экспериментально исследовано наводороживание стальных образцов с наплавленным антикоррозионным слоем, выполненным трема способами. Наводороживание имитировало полный цикл работы реактора гидрокрекинга нефти. Результаты ультразвукового, а также макро- и микроконтроля зоны сплавлення свидетельствуют об отсутствии дефектов в биметаллическом соединении.

Запропоновано теоретико-експериментальний підхід для прогнозування кінетики росту тріщини та визначення залишкової довговічності посудин у газоподібному водні. Побудовано кінетичні діаграми водневого розтріскування (КДВР) литої мартенситної сталі ВНЛ-1М (05Х13Н8М3) за різного тиску зовнішньої водневої атмосфери та концентрації заздалегідь поглиненого за високих температур водню, встановлено порогові значення коефіцієнта інтенсивності напружень (KIH), розраховано залишкову довговічність трубопроводу та газового балона високого тиску. Встановлено, що на першій ділянці КДВР з ростом тиску і концентрації водню зменшується порогове значення KIH, а на другій - зростає швидкість докритичного росту тріщини.

Визначено характеристики тріщиностійкості тонколистових ортотропних полімерних композиційних матеріалів за побудованими методом цифрової кореляції спекл-зображеннями полів переміщень та деформацій у зоні передруйнування. Встановлено, що за складного напруженого стану енергія руйнування та критичні напруження волокнистих однонаправлених композитів залежать від кута орієнтації надрізу до напрямку армування.

Розроблено методику оцінювання довговічності зварних з'єднань труб нафтогазопроводів, яка враховує дію основних експлуатаційних чинників на швидкість корозії. Кількісно проаналізовано вплив водню, що виділяється з транспортованих продуктів, на швидкість грунтової корозії та залишкову довговічність різних зон зварних з'єднань підземних труб.

Індекс рубрикатора НБУВ: О76-021.1

Рубрики:

Газопроводи

Шифр НБУВ: Ж29109 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Запропоновано алгоритм розв'язування за допомогою методу скінченних елементів задачі теплопровідності та дифузії водню зі змінними коефіцієнтами дифузії та розчинності для структурно-неоднорідних матеріалів. Алгоритм апробовано на прикладі розв'язування задачі для біметалічного циліндричного зразка, який, згідно зі стандартом ASTM G146-01, використовують для досліджень на водневу стійкість біметалічних з'єднань. Одержано розподіл концентрації водню у циліндричному зразку з наплавкою внаслідок охолодження за різних швидкостей після високотемпературного наводнювання. Показано, що у зоні сплавлення зі сторони наплавлення виникають зони надрівноважного перенасичення воднем, що може спричинити відшарування наплавлення від основного металу.

Запропоновано теоретико-експериментальний підхід для оцінювання концентрації водню в зоні передруйнування. Побудовано графічні залежності концентрації водню від механічних характеристик матеріалу та зовнішнього навантаження.