ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Прочность и долговечность напряженных металлических конструкций в условиях равномерной коррозии из "Механохимия металлов и защита от коррозии " В реальных металлических конструкциях и сооружениях напряженное состояние изменяется в процессе эксплуатации даже при постоянных внешних нагрузках вследствие изменения сечения силонагруженных элементов в результате коррозионного износа. В свою очередь концентрация напряжений усиливает механохимическую коррозию, что может привести к ускоренной потере несущей способности. [c.38] Рассмотрим прямоугольный элемент объема металлической конструкции, одна грань которого контактирует с агрессивной средой, вызывающей равномерную коррозию со скоростью Vq для ненапряженного металла. К граням, перпендикулярным к границе раздела металл—жидкость, приложено постоянное растягивающее или сжимающее усилие Р, распределенное на площади грани S = hi, где h — толщина элемента по нормали к границе раздела (одноосное напряженное состояние). Предположим, что приложенное усилие не нарушает равномерного характера коррозии, а лишь изменяет ее скорость. [c.38] Здесь сг р — предельно допустимое напряжение, выбираемое в зависимости от конкретных условий (например, по пределу текучести металла с некоторым запасом). Величина То, названная относительной долговечностью, представляет собой отношение фактической долговечности t (срок безопасной эксплуатации конструкции) к максимальному времени жизни ненапряженного металла Напряжение сг t) соответствует моменту времени t. [c.39] На рис. 4 приведено семейство кривых Т = f (f ) для различных значений ст р.. полученное для стали (V 7 см ) при температуре 300 К и значении F = I. Как видно из графика, увеличение начального коэффициента использования несущей способности F приводит к потере долговечности, причем тем большей, чем выше прочностные характеристики металла (сГпр). Поэтому при заданном уровне относительной долговечности, т. е. определенном сроке безаварийной эксплуатации, более высокопрочная сталь требует меньшей начальной относительной нагрузки Это необходимо учитывать при расчетах и проектировании конструкций. При заданном начальном коэффициенте использования несущей способности ( коэффициенте запаса ) долговечность ниже также у высокопрочных сталей. Это обусловлено резким усилением механохимического эффекта при высоких механических напряжениях. [c.39] Таким образом, решая вопрос о применении высокопрочных сталей, необходимо учитывать механохимический эффект В частности, принимаемый обычно для насосно-компрессорных труб коэффициент запаса 1,5 не может быть единым для всех случаев, а должен устанавливаться, исходя из заданного срока службы труб, коррозионной активности среды, толщины стенки и предельно допустимого напряжения, зависящего от типа и физико-механических свойств стали. [c.39] Выше рассматривалось одноосное напряженное состояние. В случае объемного напряженного состояния величина а в уравнении (68) означает шаровую часть тензора напряжений. Строго говоря, это же следовало бы сделать и для одноосного напряженного состояния, но выше прин-ималась полная величина напряжения, так как в локальных областях вокруг дефектов структуры возможны такие значения давления. Поэтому при объемном напряженном состоянии можно вести расчет по максимальному главному напряжению. [c.40] Требуется найти допустимую начальную скорость коррозии насосно-компрессорных труб для газоконденсатной скважины (действующая норма амортизации = 15 лет) из стали с пределом текучести = 500 МН/м (50 кгс/мм ). Диаметр труб d = = 75 мм, толщина стенки h (0) = 5,5 мм. Избыточное давление газа Р = 20 МН/м (200 ат). Коэффициент запаса прочности, принимаемый при расчете насосно-компрессорных труб на осевую нагрузку относительно предела текучести, по справочным данным, равен 1,5. Окружное напряжение в стенке трубы а = = Pd/2h (0) = 136 МН/м (13,6 кгс/мм ).. [c.41] Следовательно, если учесть коэффициент запаса для осевой нагрузки, то максимальным главным напряжением будет осевое и f = 0,67 [а а = 333 МН/м (33,3 кгс/мм ) при 0 = ст ], F = I. Для У = 7 см имеем а = 1,38 при 300° К. [c.41] По графику находим соответствующее значение То, и тогда Vq = h (0) Tjt = 0,037 мм в год. [c.41] Полученная величина намного меньше принимаемой в литературе в качестве допустимой 0,25 мм в год, что указывает на заниженное значение коэффициента запаса прочности. Определим его, исходя из указанной допустимой скорости коррозии. Соответствующая величина Тд = Votth (0) = 0,682 определяет на графике значение F = 0,09. Следовательно, искомое значение расчетного коэффициента запаса прочности l/f = И, т. е. ст = 45 МН/м (4,5 кгс/мм ). Полученный результат подтверждается практикой эксплуатации обрывы труб систематически происходят через один-два года и чаще, т. е. фактическая долговечность на порядок меньше, чем проектируемая. [c.41] Построение зависимости и от а р (или о ) показывает, что Од с увеличением растет вначале линейно, а затем рост замедляется и далее практически не происходит, начиная со значений предела текучести порядка 800 МН/м (80 кгс/мм ), что при относительной долговечности 0,15 соответствует величине допустимого напряжения 350 МН/м (35 кгс/мм ), которая действительно является наибольшей из достигнутых, например в газопромысловой технике. Поэтому указанная величина предела текучести может считаться пределом наращивания прочностных характеристик конструкционной стали в условиях общей коррозии. [c.41] Установленная функциональная зависимость между указанными параметрами может служить основой для решения техникоэкономических задач надежности при проектировании сооружений и их антикоррозионной защиты с использованием математической техники поиска оптимальных решений. [c.41] Вернуться к основной статье