Анализ роста трещины в стенке электролизерной камеры
Ключевые слова:
электролизер, наводораживание, напряженно-деформированное состояние, среда, трещинаАннотация
Электролизерные установки имеют широкое применение в различных отраслях промышленности. Они представляют собой емкости высокого давления и камеру с помещенными в нее электродами, которые скомпонованы в пакеты, и имеют крышку, а также подводящий и отводящий патрубки. К их техническим характеристикам предъявляются высокие требования, подтверждающие актуальность проблемы усовершенствования методов исследований. Для моделирования кинетики термонапряженого состояния в элементах энергоустановок со сложными реологическими характеристиками материала и с учетом его повреждаемости на базе метода конечных элементов разработана специальная методика и программный комплекс, позволяющие в трехмерной постановке решать широкий класс нелинейных нестационарных задач с одновременным учетом всех действующих факторов. Исследования кинетики трещины выполнены с использованием методики расчетной оценки живучести элементов конструкций, которая базируется на принципах механики хрупкого разрушения. При этом зона пластичности в вершине трещины принимается малой по сравнению с ее размерами, а кинетика трещины определяется коэффициентами интенсивности напряжений в ее вершинах. Методика основывается на расчетах кинетики трещины до критических размеров, когда происходит лавиноподобное разрушение элемента конструкции или трещина прорастает насквозь по толщине элемента. Кинетика полуэллиптической трещины, выходящей на внутреннюю поверхность стенки электролизерной камеры, исследовалась под действием статического и циклического нагружений. С использованием разработанной методики выполнены расчетные исследования термонапряженного состояния верхней части электролизерной ячейки. Полученные результаты показывают, что цилиндрическая часть крышки является наиболее нагруженной. Выполнены исследования развития внутренней поверхностной полуэллиптической трещины, которая зародилась в этой зоне. Установлено, что при малом количестве циклов за год трещина будет долго подрастать до определенной глубины, далее скорость ее роста от статического нагружения увеличится так быстро, что ростом трещины от циклического нагружения можно будет пренебречь.Библиографические ссылки
Solovei, V. V., Kotenko, A. L., Vorobiova, I. O., Shevchenko A. A., & Zipunnikov, M. M. (2018). Basic operation principles and control algorithm for a high-pressure membrane-less electrolyser. Journal of Mechanical Engineering, vol. 21, no. 4, pp. 57–63. https://doi.org/10.15407/pmach2018.04.057.
Tarzimoghadam, Z., Ponge, D., Klower, J., & Raabe, D. (2017). Hydrogen-assisted failure in Ni-based superalloy 718 studied under in situ hydrogen charging: the role of localized deformation in crack propagation. Acta Materialia, vol. 128, pp. 365–374. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.02.059.
Ivaskevich, L. M., Balitskii, A. I., & Mochulskyi, V. M. (2012). Influence of hydrogen on the static crack resistance of refractory steels. Materials Science, vol. 48, no. 3, pp. 345–354. https://doi.org/10.1007/s11003-012-9512-z.
Balitskii, А. I., Semerak, M. M., Balitska, V. А., Subota, A. V., Eliasz, Ya., & Vus, О. B. (2013). Strength properties change of hydrogen cylinders at power generating units of power plant for continuous operation. Fire safety, vol. 23, pp. 20–28.
Balitskii, A. I. & Ivaskevich, L. M. (2018). Assessment of hydrogen embrittlement in high-alloy chromium-nickel steels and alloys in hydrogen at high pressures and temperatures. Strength of Materials, vol. 50, pp 880–887. https://doi.org/10.1007/s11223-019-00035-2.
Dmytrakh, I.M., Leshchak, R. L., Syrotyuk, A. M., & Barna, R. A. (2017). Effect of hydrogen concentration on fatigue crack growth behavior in pipeline steel. International Journal of Hydrogen Energy, vol. 42, iss. 9, pp. 6401–6408. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.11.193.
Ovchinnikov, I.I.& Ovchinnikov, I.G. (2012). Vliyaniye vodorodosoderzhashchey sredy pri vysokikh temperaturakh i davleniyakh na povedeniye metallov i konstruktsiy iz nikh [Effect of hydrogen-containing environment at high temperature and pressure on the behavior of metals and structures]. Naukovedeniye – Eurasian Scientific Journal, no. 4, pp. 1–28 (in Russian).
Shulzhenko, N. G., Gontarovskiy, P. P., & Zaytsev, B. F. (2011). Zadachi termoprochnosti, vibrodiagnostiki i resursa energoagregatov (modeli, metody, rezultaty issledovaniy) [Problems of thermal strength, vibrodiagnostics and resource of power units (models, methods, results of research)]. Saarbrücken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 370 p. (in Russian).
Shul’zhenko, M. G., Gontarovskyi, P. P., Garmash, N. G., & Melezhyk, I. I. (2010). Thermostressed state and crack growth resistance or rotors of the NPP turbine K-1000-60/1500. Strength of Materials, vol. 42, pp. 114–119. https://doi.org/10.1007/s11223-010-9197-1.
Shulzhenko, M. H., Hontarovskyi, P. P., Matiukhin, Yu. I., Melezhyk, I. I., & Pozhydaiev, O. V. (2011). Vyznachennia rozrakhunkovoho resursu ta otsinka zhyvuchosti rotoriv i korpusnykh detalei turbin. [Determination of estimated resource and evaluation of rotor life and body parts of turbines: Methodological guidelines. Regulatory document SOU-N MEV 0.1–21677681–52:2011: approved by the Ministry of Energy and Coal Mining of Ukraine: effective as of 07.07.11. Kyiv: Ministry of Energy and Coal Mining of Ukraine (in Ukrainian).
Ovchinnikov, A. V. (1988). An interpolation method of calculation of stress intensity factors. Strength of Materials, vol. 20, pp. 710–717. https://doi.org/10.1007/BF01530081.
(1995). Pravila sostavleniya raschotnykh skhem i opredeleniye parametrov nagruzhennosti elementov konstruktsiy s vyyavlennymi defektami [Rules for drawing up design schemes and determining the parameters of loading of structural elements with identified defects]: The Guidelines No. MR 125-02-95. Moscow: CNIITMASH, 52 p. (in Russian).
Cherepanov, G. P. (1979). Mechanics of Brittle Fracture. New York; London: McGraw-Hill.
Balytskyi, O. I., Makhnenko, O. V., Balytskyi, O. O., Hrabovskyi, V. A., Zaverbnyi, D. M., & Timofieiev B. T. (2005). Mekhanika ruinuvannia i mitsnist materialiv [Mechanics of fracture and strength of materials]: The reference guide. T. 8. Mitsnist materialiv i dovhovichnist elementiv konstruktsii atomnykh elektrostantsii [Vol. 8. Strength of materials and durability of structural elements of nuclear power plants]. Kyiv: Akademperiodyka Publishing House, 534 p. (in Ukrainian).
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2021 Pavlo P. Hontarovskyi, Natalia V. Smetankina, Nataliia H. Garmash, Iryna I. Melezhyk
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NoDerivatives» («Атрибуция — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
Авторы, публикующиеся в этом журнале, соглашаются со следующими условиями:
- Авторы оставляют за собой право на авторство своей работы и передают журналу право первой публикации этой работы на условиях лицензионного договора (соглашения).
- Авторы имеют право заключать самостоятельно дополнительные договора (соглашения) о неэксклюзивном распространении работы в том виде, в котором она была опубликована этим журналом (например, размещать работу в электронном хранилище учреждения или публиковать в составе монографии), при условии сохранения ссылки на первую публикацию работы в этом журнале.
- Политика журнала позволяет размещение авторами в сети Интернет (например, в хранилищах учреждения или на персональных веб-сайтах) рукописи работы, как до подачи этой рукописи в редакцию, так и во время ее редакционной обработки, поскольку это способствует возникновению продуктивной научной дискуссии и позитивно отражается на оперативности и динамике цитирования опубликованной работы (см. The Effect of Open Access).
