Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Моделирование процесса накопления поврежденности в металлах в условиях коррозионного растрескивания под напряжением Ширяева, Людмила Константиновна

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Ширяева, Людмила Константиновна. Моделирование процесса накопления поврежденности в металлах в условиях коррозионного растрескивания под напряжением : автореферат дис. ... кандидата физико-математических наук : 01.02.04 / Самарский ун-т.- Самара, 1997.- 17 с.: ил. РГБ ОД, 9 97-3/424-0

Введение к работе

Проблема коррозионного растрескивания под напряжением (КРН), т.е. растрескивания при одновременном воздействии статических или медленно меняющихся нагрузок п агрессивной водородсодержащей среды, является одной из наиболее важных п слабо изученных в теоретическом плане проблем механики разрушения. Это связано с тем, что значительная часть конструкций работает в условиях сложного напряженного состояния при воздействии агрессивных сред. При КРН атомарный водород, выделяющийся при коррозионных реакциях на границе раздела среда-металл, растворяется в металле, что приводит к развитию явлений водородной хрупкости.

Под водородной хрупкостью понимают всю совокупность проявлений вредного воздействия водорода на механическое поведение и целостность (сплошность) металлов. Вредное воздействие водорода на металл проявляется прежде всего в снижении его прочностных и пластических свойств. Водород существенно увеличивает чувствительность металлов к наличию трещин. Это делает реальной опасность катастрофического хрупкого разрушения конструкций, обладающих в обычных условиях достаточной несущей способностью.

Анализ выхода из строя различных конструкций показал, что водородное охрупчпванпе является причиной многих аварий п катастроф. Несмотря на это, водород широко применяется в различных отраслях техники п промышленности. Более того, в силу целого ряда причин технического, экономического и экологического характера ожидается значительное увеличение потребления водорода для различных нужд. Указанные обстоятельства делают актуальной проблем)' теоретического моделирования процесса КРН в металлических конструкционных материалах.

Эксперименты показывают, что воздействие водородсодержащей среды на металл проявляется на макроуровне в снижении его прочности п пластичности, а на мнкроуровне-в зарождении, развитии и накопленпп различного рода повреждений (мпкропор, суб- и микродефектов, микротрещіш), вносимых действующими напряжениями и агрессивной средой. Процессы развития таких источников водородной

хрупкости связаны как с направленной диффузией атомарного водорода в места максимальных растягивающих напряжений, так д с взаимодействием диффундирующего водорода с имеющимися в объеме металла ловушками водорода - точечными, одномерными, двумерными и объемными дефектами кристаллического строения металла. Эксперименты показывают, что внешняя среда воздействует на материал через имеющиеся в нем дефекты, причем развитие уже имеющихся дефектов и зарождение новых резко ускоряется в условиях трехосного напряженного состояния.

Данная диссертационная работа посвящена теоретическому моделированию процесса накопления поврежденші в металлах в условиях КРН. Для этого был использован подход Качанова-Работнова (теория накопления повреждений), широко распространенный для случая вы-сокотсмпергітурнои ползучести металлов. Аналогично процессу накопления повреждений при ползучести металлов накопление поврежденші в металлах в условиях КРН описано в данной работе с привлечением внутренней скалярной переменной (параметра поврежденностп а») и кинетического уравнения феноменологического типа, описывающего изменение параметра поврежденностп с течением времени.

Целью диссертационной работы является

  1. построение теоретической модели процесса накопления повреждений, развивающегося в идеальном упруго-пластическом материале в условиях КРН;

  2. применение предложенной модели к расчету напряженных элементов конструкций (как с концентраторами напряжений, так и без нпх), находящихся в условиях воздействия водородсодержащцх сред;

  3. прогнозирование поведения элементов конструкций в условиях КРН.

1) Построена новая теоретическая модель, описывающая процесс КРН в идеальном упруго-пластическом материале с использованием параметра поврежденностп и. Предложены определяющие соотношения модели (кинетическое уравнение для параметра поврежденностп ш, условие пластичности и критерий локального разрушения), учитывающие

имеющиеся экспериментальные данные о влиянии водородсодержащеи среды на деформирование материала.

2) Указана система экспериментов для нахождения материальных кон
стант (КРН-параметров материала), содержащихся в определяющих
соотношениях модели.

  1. Процесс накопления поврежденностп в металлах в условиях КРН проанализирован для одноосного случая при статической нагрузке и растяжении с постоянной скоростью деформирования, а также для случая сложного напряженного состояния при постоянном тензоре напряжений.

  2. Предложенная модель применена к расчету типовых элементов конструкций (балка, труба), работающих в условиях КРН. Получены системы ннтегро-днфференпнальных уравнений, описывающих процесс накопления поврежденностп и изменение с течением времени напряженно-деформированного состояния в таких элементах конструкций. На примере рассмотренных типовых элементов конструкций установлено наличие области неразрушающих нагрузок и найдена ее зависимость от КРН-параметров материала и геометрии конструкции.

  3. Выполнено теоретическое моделирование роста трещин в охруп-чивающейся упруго-пластпческой среде. Получена система ннтегро-дпфференцпальных уравнений, описывающих рост как конечной, так п полубесконечной трещины в материале, находящемся в условиях на-водорожпванпя. Показано, что предложенная модель позволяет описать все периоды развития разрушения при коррозионном растрескивании.

  1. определяющие соотношения модели, описывающей процесс КРН в идеальном упруго-пластическом материале, главной особенностью которых является использование параметра поврежденностп и для учета накопления повреждений, вносимых действующими напряжениями и агрессивной средой;

  2. способ экспериментального обоснования предлагаемой модели;

  3. математические постановки п методы решения ряда задач расчета типовых элементов конструкций без концентраторов напряжений (балка, труба) и с концентраторами напряжений (пластина со сквозной трещиной);

  4. результаты расчета типовых элементов конструкций.

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

Результаты исследования могут быть использованы прп изучении долговечности напряженных элементов конструкций в условиях КРН, а также для прогнозирования такпх ситуаций, прп которых прочность тел в условиях воздействия агрессивной среды определяется закономерностями роста трещин в материалах.

Основные результаты, полученные в диссертации, докладывались и обсуждались на

-пятой научной межвузовской конференции "Математическое моделирование и краевые задачи" (г. Самара, 1995 г.), -IX конференции по прочности п пластичности (г. Москва, 1996 г.), - международном семинаре "Дифференциальные уравнения п их приложения" (г. Самара, 1996 г.),

-одинадпатой Международной, зимней школе по механике сплошных сред (г. Пермь, 1997 г.),

-на кафедре механики сплошных сред Самарского Государственного Университета (1995 г., 1996 г.), а также отражены в трех публикациях.

СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ