Визначення впливу концентрації водню на напруження у конструкціях

Abstract

У переважній більшості експлуатація металевих конструкцій у робочих умовах призводить до того, що на ці конструкції або на певні їх елементи постійно діють не лише механічні фактори (навантаження, залишкові напруження й т. п.), але й навколишнє середовище. Елементи трубопроводів, несучі ділянки тепло- та гідроелектростанцій, металеві конструкції мостів протягом усього терміну експлуатації перебувають під впливом середовища, яке їх заповнює або оточує. Таке середовище, залежно від вмісту в ньому кислот та лугів, низки воденьвмісних середовищ, може виступати як корозійне. Слід також зауважити, що вплив корозійного середовища та дія механічних факторів є одночасні й взаємопов'язані між собою, що дуже часто призводить до крихкого чи квазікрихкого руйнування металу. Тому проблема оцінювання основних інженерних параметрів (міцності, надійності й т. п.) металевих конструкцій, які зазнають корозійного впливу при одночасній дії механічних силових факторів, на даний момент є актуальною проблемою промислової експлуатації. Мало вивченими ще залишаються питання взаємовпливу водню та напружень у металоконструкціях. За наводнення металевого тіла змінюються лінійні розміри його елементів та об’єм. Водночас зміна об’єму тіла за певних умов викликає внутрішні напруження. Приймаємо, що взаємодія між атомами водню незначна. Потрібно встановити напружено-деформований стан металевого тіла зумовлений концентрацією водню у ньому. Також за дії зовнішніх навантажень у тілі виникають напруження σik (i, k = 1,2,3) . Згідно з класичною теорією пружності напруження такого характеру зумовлюють відповідні видовження та зсуви. Тому напруження σik викликають деформації. За законом суперпозиції приріст повних деформацій дорівнює сумі деформацій, викликаних зміною концентрації водню, та деформацій, зумовлених напруженнями в тілі.

In most cases the metal structures service under operating conditions results in the fact that these structures or their certain elements are constantly affected not only by mechanical factors (load, residual stresses, etc.), but also by the environment. Elements of pipelines, load-bearing sections of thermal and hydroelectric power stations, metal structures of bridges are all influenced by the environment that fills or surrounds them. Such environment depending on the content of acids and alkalis, a number of hydrogencontaining media can be corrosive. It should be also noted that the influence of such corrosive environment and mechanical factors influence are simultaneous and interrelated resulting very often in brittle or quasi-brittle metal fracture. Therefore, the problem of estimating the basic metal structures engineering parameters (strength, reliability, etc.) that are corroded by the simultaneous action of mechanical force factors, is currently an important problem of industrial operation. The problems of hydrogen interaction and stresses in metal structures are still not sufficiently investigated. While hydrogenating the metal body, the linear dimensions of its elements and volume change. At the same time, changing body volume, under certain conditions, causes internal stresses. Let us assume that the interaction between hydrogen atoms is negligible. It is necessary to establish the stress-strain state of the metal body due to the hydrogen concentration in it. Stresses in the body also occur due to external loads σik (i, k = 1,2,3) . According to the classical theory of elasticity, stresses of such nature cause the corresponding elongations and displacements. Therefore, stresses ik σik cause deformation. According to the superposition law, the increase in total deformations is equal to the sum of deformations caused by the change in the hydrogen concentration and deformations caused by stresses in the body.