ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕСУРСА СТАЛЬНОЙ ОБОЛОЧЕЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ВОДОРОДОСОДЕРЖАЩЕЙ СРЕДЕ
Автор: Анастасия Сергеевна Ходак
Соавторы: Игорь Георгиевич Емельянов
Организация: Уральский федеральный университет; Институт машиноведения УрО РАН
Металлические оболочки широко применяются как конструктивные элементы в различных отраслях техники. Такие элементы могут эксплуатироваться в контакте с агрессивными водородосодержащими средами. Негативное влияние агрессивной среды на механические свойства металлов – важный фактор, который необходимо учитывать при оценке ресурса. Чтобы определить ресурс металлической оболочечной конструкции, работающей в водородосодержащей среде, необходимо [1, 2]:
1) выбрать модель, позволяющею определить нестационарное распределение температуры и распределение концентрации водорода в оболочке;
2) выбрать модель, позволяющею определить напряженное состояние оболочки при термомеханическом нагружении;
3) определить механические параметры материала оболочки при механическом нагружении в условиях контакта с агрессивной средой;
4) выбрать критерий деградации свойств материала и определить ресурс оболочечной конструкции.
В работе используется разработанный математический аппарат на основе вариационной формулировки метода конечных элементов для решения задач теплопроводности. Этот же подход применяется для решения задачи диффузии водорода в металле. Для описания тонкостенной оболочки используется классическая теория, основанная на гипотезах Кирхгофа — Лява. Действующие напряжения определяются путём решения физически нелинейной краевой задачи для оболочки вращения. Используется метод интегрирования уравнений для оболочек с дискретной ортогонализацией С.К. Годунова. В работе учитывается изменение механических свойств металла под действием водорода. Определение ресурса металлической конструкции демонстрируется на примере защитной оболочки колпаковой печи (см. Рис.), предназначенной для высокотемпературного отжига стали.
