Аналіз росту тріщини в стінці електролізерної камери
Ключові слова:
електролізер, наводнювання, напружено-деформований стан, середовище, тріщинаАнотація
Електролізерні установки широко застосовуються у різних галузях промисловості. Вони являють собою ємності високого тиску з камерою та розміщеними у ній електродами, які скомпоновані в пакети, а також кришку і патрубки. До їхніх технічних характеристик ставляться високі вимоги, що підтверджують актуальність проблеми удосконалення методів досліджень. Для моделювання кінетики термонапруженого стану в елементах енергоустановок зі складними реологічними характеристиками матеріалу й з урахуванням його пошкоджуваності на базі методу скінченних елементів розроблена спеціальна методика й програмний комплекс, що дозволяють у тривимірній постановці розв'язувати широкий клас нелінійних нестаціонарних задач із одночасним урахуванням усіх чинних факторів. Дослідження кінетики тріщини виконані з використанням методики розрахункової оцінки живучості елементів конструкцій, яка базується на принципах механіки крихкого руйнування. При цьому зона пластичності у вершині тріщини приймається малою у порівнянні з її розмірами, а кінетика тріщини визначається коефіцієнтами інтенсивності напружень у її вершинах. Методика ґрунтується на розрахунках кінетики тріщини до критичних розмірів, коли відбувається лавиноподібне руйнування елемента конструкції або тріщина проростає наскрізь по товщині елемента. Кінетика напівеліптичної тріщини, яка виходить на внутрішню поверхню стінки електролізерної камери, досліджувалася під дією статичного й циклічного навантажень. Із використанням розробленої методики виконані розрахункові дослідження термонапруженого стану верхньої частини електролізерної комірки. Отримані результати показують, що циліндрична частина кришки є найбільш навантаженою. Виконані дослідження розвитку внутрішньої поверхневої напівеліптичної тріщини, яка зародилася в цій зоні. Установлено, що при малій кількості циклів за рік тріщина буде довго підростати до певної глибини, далі швидкість її росту від статичного навантаження збільшується так швидко, що ростом тріщини від циклічного навантаження можна знехтувати.Посилання
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).
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Pavlo P. Hontarovskyi, Natalia V. Smetankina, Nataliia H. Garmash, Iryna I. Melezhyk
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.
Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи і передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензійного договору (угоди).
- Автори мають право самостійно укладати додаткові договори (угоди) з неексклюзивного поширення роботи в тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати в складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи в цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установи або на персональних веб-сайтах) рукопису роботи як до подачі цього рукопису в редакцію, так і під час її редакційної обробки, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії і позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
