Термодиффузионная задача наводороживания стальной оболочечной конструкции

Процессы теплопередачи и диффузии водорода в металле имеют различные физические времена, но описываются одинаковыми по структуре уравнениями математической физики. Этот факт использован в статье для адаптации хорошо разработанного математического аппарата решения задач теплопроводности к решению задачи диффузии водорода в металл. Для расчета тел сложной формы и разного рода граничных условий принят подход, основанный на замене уравнения теплопроводности эквивалентным вариационным уравнением, которое решается методом конечных элементов. Необходимость использования численных методов, используемых в данной статье, продиктована общей направленностью цикла работ по определению взаимного влияния водорода и механических напряжений на кинетику деформирования и разрушения элементов конструкций. Расчет напряженно-деформированного состояния элементов реальных конструкций проводится исключительно численными методами. Аналитическое решение задачи о распространении тепла в стержне использовано при тестировании рабочих программ метода конечных элементов. Цель работы состоит в разработке подхода к решению связанной термодиффузионной задачи наводороживания стальной оболочечной конструкции, необходимого для нахождения закона распределения концентрации водорода в теле оболочки в зависимости от его концентрации на границе и температуры. В качестве примера решена краевая задача о проникновении водорода в стенку диффузионного аппарата, что позволит в дальнейшем определить изменение механических свойств материала и ресурс изделия. Предложенный подход позволил установить кинетику процессов теплопередачи и наводороживания стальной стенки цилиндрической части аппарата. Прикладное значение полученных результатов определяется тем, что температура, давление и концентрации водорода на внутренней поверхности отвечали условиям эксплуатации.