Гембара Н. Т. Математичне моделювання двоїстого впливу водню на залишкову довговічність елементів конструкцій

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0825U000322

Облікова картка дисертації

0825U000322.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 113 - Прикладна математика

16-03-2023

Спеціалізована вчена рада

PhD 4

Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка Національної академії наук України

Анотація

На основі зробленого критичного аналізу і синтезу експериментальних і теоретичних досліджень показано багатогранний вплив водню на механічну поведінку та міцність конструкційних матеріалів з реалізацією його декіль¬кох механізмів одночасно, або незалежно. Зокрема, для сталей залежно від концентрації водню, в металі можуть одночасно діяти два водневі механізми: спричинена воднем підвищена декогезія (окрихчення) та спричинена воднем підвищена локальна пластичність. Співіснування різних механізмів впливу водню на деформування та їх одночасна дія в сталях все ще недостатньо досліджена. Встановлення домінуючого механізму є надзвичайно складною та актуальною проблемою. Існуючі моделі і гіпотези про механізми впливу водню на механічну поведінку металів пояснюють, як правило, окрихчувальну його дію. Тому актуальним завданням і метою дисертаційної роботи є математичне моделювання двоїстості впливу водню на механічні властивості металевих елементів конструкцій та їх залишкову довговічність. Об’єктом дослідження є воднева деградація матеріалів та докритичний ріст тріщин в елементах конструкцій за дії водневмісного середовища. Предметом дослідження є математичні моделі та методика для прогнозування міцності та довговічності елементів конструкцій за двоїстої дії водню. У роботі сформульовано нову розрахункову модель зумовленого воднем росту тріщин в металах за дії статичного навантаження, яка базується на сучасних фізичних і механічних теоріях їх деформування і руйнування. На цій основі розроблено метод оцінювання залишкової довговічності елементів конструкцій з тріщинами з урахуванням механізмів впливу водню на деформування металу. На підставі отриманих теоретичних результатів встанов¬лено характе¬ристичне значення концентрації водню у маловуглецевій сталі, за якого змінюється механізм впливу водню на деформування сталі, яке не суперечить відомим у літературі експериментальним даним для такого класу сталей. Сформульовано основні рівняння математичної моделі, які дозволяють оцінити вплив водню та механічного навантаження на пластичну деформацію металу. Показано, що водень може збільшувати або зменшувати швидкість дислокації залежно від умов концентрації водню, температури та прикла¬деного напруження в залізі. За малих концентрацій водень посилює рух дислокацій, тим самим збільшуючи швидкість пластичної деформації. Кількісно встановлено, що за значень концен¬трації заздалегідь поглиненого водню, довговічність пластини з тріщиною є на порядок меншою, ніж за концентрації водню, який поступово дифундує з вершини тріщини в зону передруйнування. Пов’язано це з тим, що поступове наводнювання зони передруйнування спочатку її пластифікує, тим самим затуплюючи вершину тріщини, збільшуючи її розкриття та гальмуючи її поширення. Отримані результати вказують на те, що пластифікування матеріалу воднем позитивно впливає на довговічність елементів конструкцій в умовах водневмісних середовищ. Усі теоретичні розробки дисертації доведено до конкретної інженерної методики для прогнозування безпечної експлуатації елементів конструкцій з урахуванням наводнювання металу внаслідок дії експлуатаційного середовища.

Читати повністю

Публікації

1. Andreykiv O., Hembara N.T. A mathematical model for the determination of hydrogen concentration corresponding to changes in the mechanism of deformation. Journal of Mathematical Science. 2022. 263, No 1. P. 15–24.

2. Wei M., Chepil O.Y., Hembara N.T. Computer modeling of the influence of hydrogenation on the durability of pipe elements. Materials Science. 2021. 57, 1. Р. 128–134.

3. The energy approach to the evaluation of hydrogen effect on the damage accumulation / Ya. Ivanytskyi, Ye. Kharchenko, O. Hembara, O. Chepil, Ya. Sapuzhak, N. Hembara. Procedia Structural Integrity. 2019. 16. P. 126–133.

4. O.V. Hembara, O.Ya. Chepil and N.T. Hembara Influence of the parameters of discretization on the accuracy of numerical solution of the three-dimensional problem of hydrogen diffusion. Materials science. 2016. 52, № 2. P. 280–286.

5. Андрейків О.Є., Гембара Н.Т. Моделювання впливу водню на пластичне деформування металів. Фізико-хімічна механіка матеріалів. 2021. № 6. С. 23–29.

6. Андрейків О.Є., Гембара Н.Т. Математична модель ви¬зна¬чен¬ня концен¬трації водню, за якої відбувається зміна механізму деформування. Мате¬матичні методи та фізико-механічні поля. 2019. 62, № 3. С. 19–25.

7. Mathematical Modeling of Aging Processes of Pipeline Materials and Estimation of their Residual Lifetime / Oleksandr Andreykiv, Iryna Dolinska, Nazar Hembara, Orest Svirchevskyi, Miroslav Kopnický, Zuzana Budayová. Published in: 2022 12th International Conference on Advanced Computer Information Technologies (ACIT), 26–28 September 2022 IEEE, Ruzomberok, Slovakia. Р. 80–83.

8. Hembara N. Possibilities of using the plasticizing effect of hydrogen. Materials Science and Surface Engineering (MSSE-2021) Proceedings. 2021. P. 120–123.

9. Гембара О., Чепіль О., Гембара Н., Гриненко М. Математичне моделю¬вання впливу експлуатаційних чинників на довговічність теплообмінних труб парагенератора. 15-й Міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові: матеріали симпозіуму. Львів, 20–21 травня 2021 р. 2021. С. 27–29.

10. Сапужак Ярослав, Гембара Назар, Гриненко Михайло Моделювання нагромадження пошкодження в металі за енергетичним підходом. Конференція молодих учених «Підстригачівські читання –2020», м. Львів, 26-28 травня 2020. 2 с. http://www.iapmm.lviv.ua/chyt2020/abstracts/Hrynen-ko.pdf

11. Андрейків О., Гембара Н. Моделювання впливу границь зерен на дифузії водню. Математичні проблеми механіки неоднорідних структур: зб. наук. праць 10-ї Міжнародної наукової конференції / за заг. ред. Р.М. Кушніра та Г.С. Кіта. Львів: Інститут прикладних проблем механіки і математики ім. Я.С. Підстригача НАН України, 2019. Вип. 5. С. 17–19.

12. Сапужак Я.І., Гембара Н.Т. Оцінка впливу водню на нагромадження пошкодження в металі за повзучості. Конференція молодих науковців і спе¬ціалістів Фізико-механічного інституту ім. Г.В. Карпенка НАН України: XXVI відкрита наук.-техн. конф., 25–27 вересня 2019 р.: матеріали. Львів, ФМІ, 2019. С. 41–42

13. Гембара О.В., Сапужак Я.І., Гембара Н.Т. Методика продовження терміну експлуатації обладнання АЕС України з урахуванням впливу водню // Проблеми сучасної ядерної енергетики. Тези доп. ХΙV міжнар. наук.-техн. конф. молодих вчених та фахівців: 14–16 лист. 2018: Харків, вид. ХНУ, 2018. С. 27.

14. А.с. № 107646 Комп’ютерна програма «Програма розрахунку концентрації водню в об’ємних елементах конструкцій за дії силових навантажень» (“DIFEUS 3D”) / О.Я. Чепіль, О.В. Гембара, Н.Т. Гембара, М.В. Гриненко. Зареєстровано 30.08.2021.

Читати повністю

Схожі дисертації

0825U000323

Гриненко Михайло Васильович

Моделювання напружено-деформованого стану та експериментально-розрахунковий метод оцінки опірності руйнуванню теплоенергетичної сталі

0825U000316

Райтер Орест Костянтинович

Математичні моделі для оцінки довговічності фібробетонних елементів конструкцій за повзучості

0825U000218

Ольшевська Віта Анатоліївна

Алгоритми i коди над силовськими 2-пiдгрупами симетричних груп S2n

0825U000049

Силенко Ілля Володимирович

Марковська Ідеальна Рівновага у грі видобутку ресурсів зі степеневими перевагами агентів

0824U003470

Неманежин Євген Олександрович

Розробка методів розрахунку високотемпературної міцності лопаток газових турбін при статичних та динамічних навантаженнях