Вплив точкової корозії на коефіцієнти інтенсивності напружень напівеліптичних поверхневих тріщин на поверхні зовнішньої стінки трубчастого Т-подібного з’єднання.
DOI:
https://doi.org/10.15276/opu.2.55.2018.01Ключові слова:
точкова корозія, напівеліптична тріщина, метод кінцевих елементів, коефіцієнт інтенсивності напруженьАнотація
Втомна і точкова корозія є двома важливими конструктивними аспектами для оцінки міцності сталевих конструкцій морської нафтової і газової промисловості. Вкрай важливо оцінити вплив корозії на втомний термін служби пошкоджених сталевих конструкцій. Детальні дослідження тривалості поширення тріщин для втомних дефектів в трубопроводі та трубчастих з’єднаннях, відкритих до корозійного середовища, створюють серйозні проблеми для інженерної практики. Підхід лінійної пружної механіки руйнування (ЛПМР) можна використовувати для аналізу зростання високоциклової втомної тріщини, яка зазвичай виникає коли прикладені напруги значно нижче напруги текучості. У більшості випадків вважається, що коефіцієнт інтенсивності напружень (КІН)
розраховується при аналізі і проектуванні структур із використанням ЛПМР. У даній роботі досліджено вплив точкової корозії на коефіцієнт інтенсивності напружень вздовж фронту тріщини. Дуже мало досліджень, які використовують метод кінцевих елементів
(МКЕ) для оцінки коефіцієнта інтенсивності напружень вздовж фронту тріщини в Т-подібному з’єднанні із та без точкової корозії. Для того, щоб показати вплив ямки на параметр зламу, коефіцієнт піт-ефекту визначається як різниця між нормованими коефіцієнтами інтенсивності напружень із та без точкової корозії. В ANSYS відтворено серію тривимірних моделей кругових конусних ямок з напівеліптичною поверхневою тріщиною в трубчастому Т-образному з’єднанні. Для перевірки моделі результати
непошкодженої моделі звірялися із наявними в літературі результатами та спостерігались задовільні збіги. Проведено тривимірний кінцево-елементний аналіз з метою дослідити вплив глибини, орієнтації, площі поперечного перерізу і розташування точкової корозії. Таким чином проаналізовано ефекти геометрії і положення точкової корозії, а також розмір тріщини. Виявлено, що розташування і геометрія точкової корозії є домінуючими параметрами, що впливають на коефіцієнт інтенсивності напружень. Точкова корозія, розташована в напрямку поверхні тріщини і поблизу поверхневої тріщини, значно впливає на коефіцієнт інтенсивності напружень, тоді як виразкова корозія, розташована на трубі, що примикає, негативно впливає на КІН.
Завантаження
Посилання
Mahmoud, H.N, & Dexter, R.J. (2005). Propagation rate of large cracks in stiffened panels under tension loading. Marine Structures, 18(3), 265–288. DOI: https//doi.org/10.1016/j.marstruc.2005.09.001.
Yang, S., Ni, Y.L., & Li, C.Q. (2013). Weight function method to determine stress intensity factor for semi-elliptical crack with high aspect ratio in cylindrical vessels. Engineering Fracture Mechanics, 109, 138–149. DOI: https//doi.org/10.1016/j.engfracmech.2013.05.014.
Thévenet, D., Ghanameh, M.F., & Zeghloul, A. (2013). Fatigue strength assessment of tubular welded joints by an alternative structural stress approach. International Journal of Fatigue, 51, 74–82.
Fathi, A., & Aghakouchak A. (2007). Prediction of fatigue crack growth rate in welded tubular joints using neural network. International journal of fatigue, 29(2), 261–275. DOI: https//doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2006.03.002.
Lie, S.T., Li, G., & Cen, Z. (2000). Effect of brace wall thickness and weld size on stress intensity factors for welded tubular T-joints. Journal of Constructional Steel Research, 53(2), 167–182.
Huang, X., & Hancock, J.W. (1988). The stress intensity factors of semi-elliptical cracks in a tubular welded T-joint under axial loading. Engineering Fracture Mechanics, 30(1), 25–35. DOI: https//doi.org/10.1016/0013-7944(88)90252-4.
Ritchie, D., & Huijskens, H. (1989). Fracture mechanics based predictions of the effects of the size of tubular joint test specimens on their fatigue life. Proc. 8th Intn. Conference, Offshore Mechanics & Arctic Engng., Vol. 3. (pp.121–127).
Olowokere, D., & Nwosu, D. (1997). Numerical studies on crack growth in a steel tubular T-joint. International journal of mechanical sciences, 39(7), 859–871. DOI: https//doi.org/10.1016/S0020- 7403(96)00087-2.
Nwosu, D., & Olowokere, D. (1995). Evaluation of stress intensity factors for steel tubular T-joints using line spring and shell elements. Engineering Failure Analysis, 2(1), 31–44. DOI: https//doi.org/10.1016/1350-6307(95)00005-B.
Toribio, J., Matos, J., González, B., & Escuadra, J. (2014). Numerical modelling of cracking path in round bars subjected to cyclic tension and bending. International Journal of Fatigue, 58, 20–27. DOI: https//doi.org/ 10.1016/j.ijfatigue.2013.03.017.
Qian, X., Nguyen, C.T., Petchdemaneengam, Y., Ou, Z., Swaddiwudhipong, S., & Marshall, P. (2013). Fatigue performance of tubular X-joints with PJP+ welds: II—Numerical investigation. Journal of Constructional Steel Research, 89, 252–261.
Dao, N.H., & Sellami, H. (2012). Stress intensity factors and fatigue growth of a surface crack in a drill pipe during rotary drilling operation. Engineering Fracture Mechanics, 96, 626–640. DOI: https//doi.org/ 10.1016/j.engfracmech.2012.09.025.
Nakai, T., Matsushita, H., & Yamamoto, N., editors. (2005). Pitting corrosion and its influence on local strength of hull structural members. ASME 2005 24th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, American Society of Mechanical Engineers. Greece. (pp.25–35) DOI: https//doi.org/10.1115/OMAE2005-67025
Ji, J., Zhang, C., Kodikara, J., & Yang, S.Q. (2015). Prediction of stress concentration factor of corrosion pits on buried pipes by least squares support vector machine. Engineering Failure Analysis. 55, 131–138.
Rahbar-Ranji, A., Niamir, N., & Zarookian, A. (2015). Ultimate strength of stiffened plates with pitting corrosion. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, 7(3), 509–525. DOI: https//doi.org/10.1515/ijnaoe-2015-0037.
Eslami-majd, A., & Rahbar-Ranji, A. (2014). Blast response of corroded steel plates. Journal of Mechanical Science and Technology, 28(5), 1683–1690. DOI: https//doi.org/10.1007/s12206-014-0313-1.
Eslami-Majd, A., & Rahbar-Ranji, A. (2014). Free vibration analysis of corroded steel plates. Journal of Mechanical Science and Technology, 28(6), 2081–2088. DOI: https//doi.org/10.1007/s12206-013-1114-7
Eslami-Majd, A., & Rahbar-Ranji, A. (2015). Deformation behaviour of corroded plates subjected to blast loading. Journal of Ships and Offshore Structures, 10(1), 79–93. DOI: https//doi.org/10.1080/17445302.2014.889371.
Zhang, Y., Huang, Y., Zhang, Q., & Liu, G. (2016). Ultimate strength of hull structural plate with pitting corrosion damnification under combined loading. Ocean Engineering, 116, 273–285.
Gandhi, P., Murthy, D.R., Raghava, G., & Rao, A.M. (2000). Fatigue crack growth in stiffened steel tubular joints in seawater environment. Engineering Structures, 22(10), 1390–1401.
Xu, S-h. (2015). Estimating the effects of corrosion pits on the fatigue life of steel plate based on the 3D profile. International Journal of Fatigue, 72, 27–41. DOI: https//doi.org/10.1016/ j.ijfatigue.2014.11.003.
Rokhlin, S., Kim, J.Y., Nagy, H., & Zoofan, B. (1999). Effect of pitting corrosion on fatigue crack initiation and fatigue life. Engineering Fracture Mechanics, 62(4), 425–444. DOI: 10.1016/S0013- 7944(98)00101-5.
Wang, W., Zhou, A., Robert, D., & Li, C., editors. (2016). Assessment of stress intensity factors for cast iron pipes with pitting corrosion. International conference on Geo-mechanics, Geo-energy and Georesources. 3GDeep Group, Department of Civil Engineering. (pp.79–84). Monash University.
Nakai, T., Matsushita, H., & Yamamoto, N. (2004). Effect of pitting corrosion on local strength of hold frames of bulk carriers (2nd report)—lateral-distortional buckling and local face buckling. Marine Structures, 17(8), 612–641.
Jie, Z., Li, Y., & Wei, X. (2017). A study of fatigue crack growth from artificial corrosion pits at welded joints under complex stress fields. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, Vol. 40(9), 1364–1377. DOI: https//doi.org/10.1111/ffe.12577.
