Е522Б_Котломанов.Д.К._Презентация

1.

Оценка влияния остаточных напряжений
при сборке в трубках парогенератора
Котломанов Денис Константинович
Студент группы Е522Б
Руководитель: к.т.н., доцент, Олейников Алексей Юрьевич
Консультанты: зам. нач. лаб., Федоров Анатолий
Михайлович,
преподаватель кафедры Е5, Назарова Елизавета
Дмитриевна

2.

Актуальность работы
Рисунок 1 – ПЭБ «Академик Ломоносов»
2

3.

Актуальность работы
Рисунок 2 – Картограмма разрушения труб парогенератора
Рисунок 3 – Разрушение труб парогенератора
3

4.

Цели и задачи
Цель
Необходимо дать количественную оценку влияния смещений на напряжённо-деформированное
состояние труб теплообменного аппарата и выявить зоны, предрасположенные к водородному
охрупчиванию.
Задачи
• Выполнить конечно-элементное моделирование труб из титанового сплава ПТ-7М в ANSYS
Workbench.
• Установить количественные зависимости «зазор - максимальное напряжение» для зон изгиба и
смещения.
• Выявить пороговое значение смещения, при котором происходит смена лидирующей зоны
концентрации напряжений.
• Оценить влияние температуры на НДС в зоне смещения и изгиба при фиксированном зазоре.
• Определить зоны трёхосного растяжения, наиболее опасные с точки зрения водородного
охрупчивания.
4

5.

Разрушение теплообменных труб
Одним
из
факторов
диффузии
водорода в металле является наличие
зон растягивающих напряжений
В титановом сплаве ПТ-7М это
приводит к:
• снижению пластичности;
• снижению вязкости;
• зарождению трещин.
Внутренняя
поверхность трубы
Центр трубы
Внешняя
поверхность трубы
Рисунок 4 – Общий вид микроструктуры труб высокого
разрешения с повышенной концентрацией H2
5

6.

Модель трубы
Область смещения
Область
жесткого
закрепления
Рисунок 5 – Модель трубы 1.
Параметры 10х1,5 мм.
Область смещения
Область
жесткой
заделки
Рисунок 6 – Модель трубы 2.
Параметры 10х1,5 мм.
6

7.

Модель трубы
Область
смещения
Область
жесткой
заделки
Рисунок 7 – Модель трубы
3. Параметры 10х1,5
мм.
Область
смещения
Область
жесткой
заделки
Рисунок 8 – Модель
трубы 4. Параметры
10х1,5 мм.
Область
смещения
Область
жесткой
заделки
Рисунок 9 – Модель
трубы 5. Параметры
10х1,5 мм.
7

8.

Распределение главных и эквивалентных
напряжений
L
Рисунок 10 – Эквивалентные напряжения (в
МПа), при смещении 1 мм в
трубе 1
L
Рисунок 11 – Главные напряжения (в
МПа), при смещении 1 мм в трубе 1
8

9.

Распределение главных и эквивалентных
напряжений
L
Рисунок 12 – Эквивалентные напряжения (в
МПа), при смещении 10 мм в
трубе 1
L
Рисунок 13 – Главные напряжения (в
МПа), при смещении 10 мм в трубе 1
9

10.

200
150
100
50
0
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
9,0
9,5
10,0
250
Значение напряжений, МПа
300
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
9,0
9,5
10,0
Значение напряжений, МПа
Зависимость напряжений от смещений
Начальные смещения, мм
главные напряжения, МПа
эквивалентные напряжения, МПа
Начальные смещения, мм
главные напряжения, МПа
эквивалентные напряжения, МПа
Рисунок 14 – График зависимости главных и
Рисунок 15 – График зависимости главных и
эквивалентных напряжений от смещения в изгибе
эквивалентных напряжений от смещения в
для трубы 1
заделке для трубы 1
10

11.

Характеристики напряженно-деформированного
состояния для исследуемых труб
Параметр
Пороговый зазор смены
лидирующей зоны ΔLпер, мм
Критическое значение зазора
ΔLкр, мм
Максимальные эквивалентные
напряжения при
ΔL = 10,0 мм, МПа
Максимальные первые главные
напряжения при ΔL = 10,0 мм,
МПа
Угол наклона кривой
эквивалентных напряжений для
зоны изгиба, МПа/мм
Угол наклона кривой главных
напряжений для зоны изгиба,
МПа/мм
Труба 1
Труба 2
Труба 3
Труба 4
Труба 5
5,5
5,5
4,0
4,0
4,0
10
10
10
10
10
414,92
357,07
340,75
296,73
222,61
367,05
329,64
301,06
262,76
224,88
12,53
7,41
7,75
5,66
5,08
11,08
6,81
6,89
5,12
4,60
11

12.

Зависимость напряжений от температуры
при смещении
250,00
400,00
Значение напряжений, МПа
200,00
300,00
150,00
200,00
100,00
100,00
249
228
212
200
186
171
162
143
126
122
112
99
82
69
53
33
25
0,00
Главные напряжения (в МПа)
Температура, °C
Эквивалентные напряжения, МПа
Полиномиальная (Главные напряжения (в МПа))
Полиномиальная (Эквивалентные напряжения, МПа)
Рисунок 16 – Зависимость напряжений от
температуры в трубе 1
50,00
0,00
25
33
51
59
75
84
94
106
116
125
138
145
162
169
185
194
205
212
228
237
Значение напряжений, МПа
500,00
Температура, °C
Главные напряжения, МПа
Эквивалентные напряжения, МПа
Полиномиальная (Главные напряжения, МПа)
Полиномиальная (Эквивалентные напряжения, МПа)
Рисунок 17 – Зависимость напряжений от
температуры в трубе 2
12

13.

Связь полученных данных с водородным
охрупчиванием
Монтажные
напряжения
Формируемые
условия
Наклеп
Растяжение
Механизм
эксплуатации
Температура
Водородное
охрупчивание
Водород из
внешней среды
Вывод
Наличие зон пластических деформаций (наклёпа), повышенных эксплуатационных температур и
полей остаточных растягивающих напряжений – создаёт условия для водородного охрупчивания.
13

14.

Практические рекомендации
• Ужесточить допуски на соосность для сложных конфигураций труб
• При смещении соосности более 5 мм обязательный визуальный контроль зоны заделки труб
• Ввести местную термообработку после сборки труб сложной конфигурации
• Рекомендованы дополнительные исследования диффузии водорода в наклёпанном металле
сплава ПТ-7М
14

15.

Заключение
• Получены количественные зависимости «зазор - напряжение» для пяти геометрий труб
• Выявлен порог зазора со сменой опасной зоны - 5 мм
• Обнаружен немонотонный рост напряжений в зоне смещения при 150-250 °C
• Показано, что монтажные напряжения могут формировать зоны трехосного растяжения,
склонные к водородному охрупчиванию
• Разработаны практические рекомендации по технологическому контролю и допускам
15

16.

Спасибо за внимание!
Котломанов Денис Константинович
e522b06@voenmeh.ru