Расчет оптимальной толщины трубы, подверженной наружной коррозии под напряжением

Автор: Елаева Марина Валерьевна

Журнал: Бюллетень науки и практики @bulletennauki

Рубрика: Технические науки

Статья в выпуске: 3 т.4, 2018 года.

Бесплатный доступ

Многие конструкции находятся под совместным действием механических напряжений и химически активных средств. Подобные условия могут вызвать процесс так называемой механохимической коррозии, скорость которой линейно зависит от главных напряжений, то есть увеличивается с ростом напряжений. В данной работе рассматривается случай односторонней внешней равномерной коррозии. Проектирование конструкций без учета механохимической коррозии может привести к их преждевременному разрушению, а задание большого запаса по толщине конструкции - к неэкономному расходу материала и утяжелению конструкции. Поэтому с точки зрения безопасности и экономики важно уметь точно рассчитывать начальные размеры конструкции, необходимые для обеспечения требуемого срока службы. Представленная статья посвящена расчету оптимальной толщины линейно упругой цилиндрической трубы под внешним и внутренним давлением. Найдена зависимость начальных размеров конструкции от требуемого срока службы, что позволяет найти оптимальные размеры изделия, а это впоследствии обеспечивает предотвращение неблагоприятных исходов при его эксплуатации. Построены графики, иллюстрирующие данные результаты, а также с их помощью исследовано влияние внешнего и внутреннего давления на долговечность рассматриваемых конструкций. Доказан упрочняющий эффект, оказываемый внешним давлением при фиксированном внутреннем давлении. В настоящей работе задача сводится к обыкновенному дифференциальному уравнению относительно искомого радиуса трубы. Решение построено для таких соотношений размеров трубы и внешнего и внутреннего давлений, при которых максимальным по абсолютной величине нормальным напряжением является окружное напряжение.

Еще

Механохимическая коррозия, сосуды давления, трубопровод

Короткий адрес: https://sciup.org/14111870

IDR: 14111870   |   УДК: 539.3   |   DOI: 10.5281/zenodo.1198657

Calculation of the optimum thickness of the pipe subjected to external stress corrosion

Many structures are under simultaneous action of mechanical stresses and chemically active agents. Such conditions can cause a process of so-called mechanochemical corrosion, which rate linearly depends on the principal stresses. In this paper we consider the case of external uniform corrosion. Designing structures without taking into account mechanochemical corrosion can lead to their premature destruction, as well as the assignment of a large margin for the thickness of structures - to wasteful material consumption and weighting of structures. Therefore, from the point of view of safety and economics, it is important to be able to accurately calculate the initial dimensions of the structure necessary to ensure the required service life. The presented article is devoted to the calculation of the optimum thickness of a linearly elastic cylindrical tube under external and internal pressure. The dependence of the initial dimensions of the structure on the required service life is found, which allows finding the optimum dimensions of the product, and this subsequently ensures the prevention of unfavorable outcomes during its exploitation. The graphs illustrating these results are constructed, and also the influence of external and internal pressure on the durability of the structures under consideration is studied. The strengthening effect of external pressure is proved at a fixed internal pressure. In the present paper the problem is reduced to an ordinary differential equation with respect to the required radius of the tube. The solution is constructed for such proportions of pipe dimensions and external and internal pressures, at which the maximum voltage in terms of absolute magnitude is the circumferential stress.

Еще

Список литературы Расчет оптимальной толщины трубы, подверженной наружной коррозии под напряжением

  • Долинский В. М. Расчет нагруженных труб, подверженных коррозии//Химическое и нефтяное машиностроение. 1967. №2. С. 9-10.
  • Карпунин В. Г., Клещев С. И., Корнишин М. С. Долговечность пластин и оболочек в условиях коррозионного воздействия среды//Прочность и долговечность конструкций. Киев: Наукова Думка, 1980. С. 35-44.
  • Gutman E. M., Haddad J., Bergman R. M. Stability of thin-walled high-pressure vessels subjected to uniform corrosion//Thin-Walled Structures. 2000. V. 38. P. 43-52.
  • Наумова Г. А., Овчинников И. Г. Расчеты на прочность сложных стержневых систем и трубопроводных конструкций с учетом коррозионных повреждений. Саратов: изд-во Сарат. гос. техн. ун-та, 2000. 222 с.
  • Elishakoff I., Ghyselinck G., Miglis Y. Durability of an elastic bar under tension with linear or nonlinear relationship between corrosion rate and stress//Journal of Applied Mechanics, Trans. ASME. 2012. V. 79. 021013.
  • Fridman M. M. Optimal design of compressed columns with corrosion taken into account//Journal of Theoretical and Applied Mechanics. 2014. V. 52. №1. P. 129-137.
  • Pronina Yu. G., Sedova E. D. New benchmark for the life assessment of a thin-walled pipe subjected to stress assisted corrosion//ECCOMAS Congress 2016 -Proceedings of the 7th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering. 7. 2016. С. 6734-6740.
  • Пронина Ю. Г. Оценка устойчивости упругой трубы под давлением коррозионных сред//Вестник Санкт-Петербургского университета. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2006. №3. С. 55-63.
  • Пронина Ю. Г. Механохимическая коррозия полого цилиндра из идеального упругопластического материала под действием постоянного давления//Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия. 2006. №3. С. 121-130.
  • Пронина Ю. Г. Равномерная механохимическая коррозия полой сферы из идеального упругопластического материала под действием постоянного давления//Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия. 2009. №1. С. 113-122.
  • Пронина Ю. Г. Расчет долговечности упругой трубы под действием продольной силы, давления и осесимметричного нагрева в условиях равномерной коррозии//Проблемы прочности и пластичности. 2009. №71. С. 129-135.
  • Седова О. С., Пронина Ю. Г. О выборе эквивалентного напряжения в задачах о механохимической коррозии сферических элементов//Вестник Санкт-Петербургского университета. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2016. №2. С. 33-44.
  • Мальцева Л. С., Колпак Е. П., Ефремова Е. А. Круговая цилиндрическая оболочка под внутренним давлением//Молодой ученый. 2017. №1 (135). С. 120-124.
  • Grekov M. A., Kostyrko S. A. A multilayer film coating with slightly curved boundary//International Journal of Engineering Science. 2015. V. 89. P. 61-74.
  • Чжао Ш., Пронина Ю. Г. О конечно-элементной аппроксимации растянутой упругой плоскости с отверстием в пакете MATLAB//Конструктивный негладкий анализ и смежные вопросы. Тезисы докладов международной конференции, посвященной памяти профессора В. Ф. Демьянова. 2017. С. 256-261.
  • Grekov M. A., Kostyrko S. A. Surface effects in an elastic solid with nanosized surface asperities//International Journal of Solids and Structures. 2016. V. 96. P. 153-161.
  • Греков М. А. Математика и механика внутренних и поверхностных дефектов//Процессы управления и устойчивость. 2016. Т. 3. №1. С. 19-44.
  • Pronina Yu. Mechanochemical corrosion: modeling and analytical benchmarks for initial boundary value problems with unknown boundaries//Springer Proceedings in Mathematics and Statistics. 1st. Ser. "Modern Mathematical Methods and High Performance Computing in Science and Technology, M3HPCST" 2016. P. 301-309.
  • Pronina Yu. An analytical solution for the mechanochemical growth of an elliptical hole in an elastic plane under a uniform remote load//European Journal of Mechanics -A/Solids. 2017. V. 61. С. 357-363.
  • Pronina Yu. G., Khryashchev S. M. Mechanochemical growth of an elliptical hole under normal pressure//Materials Physics and Mechanics. 2017. V. 31. №1-2. С. 52-55.
  • Колпак Е. П. Mathlab: методы вычислений/учебное пособие. СПб.: Соло, 2007. 99 c.
  • Колпак Е. П. Вычисления в Matlab/учебное пособие. Казань: Бук, 2016. 173 с.
Еще