Классификация моделей коррозионного износа металлических конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Национальный исследовательский московский государственный строительный университет

Классификация моделей коррозионного износа металлических конструкций

Аль Загаби Ахмед Мохаммед, магистр

Аннотация

В статье рассматриваются модели коррозионного износа металлических конструкций так, как одной из основных причин снижения надежности и долговечности сооружений, машин, механизмов, металлических частей оборудования является коррозии. Большой интерес специалистов к проблеме коррозии металлов вызван большим материальным ущербом, наносимым коррозией. Ежегодно 10 - 12% выплавленного н эксплуатируемого металла теряется вследствие разрушительного действия коррозии.

Ключевые слова: модель; коррозионный износ; надежность; долговечность; классификация.

Введение

Несмотря на широкое распространение средств зашиты, количество разрушаемого коррозией металла растет почти пропорционально накопленному фонду металла. В среднем потери от коррозии доходят до 2 - 4% национального дохода каждой страны. Можно отметить, что 30% строительных металлических конструкций подвергается атмосферной коррозии, а 75% - разрушающему воздействию как атмосферных так и агрессивных сред.

Актуальность: Хорошо известно, что коррозионные потери металлических конструкций приносят большой экономический ущерб. Коррозионное разрушение элементов металлических конструкций является одним из основных факторов, приводящих к недопустимому и аварийному состоянию конструкций.

Целю данной статьи является отображение основных типов коррозионных повреждений металлических конструкций.

Из поставленной цели вытекают следующие задачи:

1. Классификация математических моделей коррозии;

2. Анализ теоретических исследований по определению надежности изнашиваемых элементов конструкций.

На рисунке 1 представлены типы коррозионных повреждений строительной стали.

Рисунок 1. Типы коррозионных повреждений стали: а) равномерная коррозия, б) неравномерная коррозия, в) коррозия пятнами, с) коррозия язвами, д) коррозия точками, г) коррозионное растрескивание

Расчет конструкций c учетом коррозионного износа осложняется тем, что характеристики износа носят стохастический характер, а это обусловливает решение задачи с привлечением вероятностных подходов. Под воздействием коррозии элементы конструкций теряют первоначальную площадь, а следовательно, н несущую способность: [1].

Скорость коррозии в зависимости от степени агрессивности среды изменяется от 0,05 до 1.6 мм/год. На рисунке 2 представлена зависимость средней глубины почвенной коррозии от продолжительности испытаний в годах. коррозия металлический сталь

Рисунок 2. Коррозия малоуглеродистой стали в зависимости от времени пребывания в почве (данные усреднены по 16 видам почв); по вертикали - средняя глубина коррозии в мм, по горизонтали - продолжительность испытаний в годах

Аналогичные зависимости в случае атмосферной коррозии показаны на рисунке 3.

Рисунок 3. Коррозия малоуглеродистой стали на открытом воздухе: по вертикали - средняя глубина коррозии в мм, по горизонтали - продолжительность испытаний в годах

Распределение скорости коррозия (v, мм/год) внутренней поверхности резервуара по высоте для разных агрессивных сред представлено на рисунке 4.

Рисунок 4. Распределение скорости коррозии внутренней поверхности резервуара по высоте для разных сред: 1- бензин, 2- керосин, 3- дизельное топливо

Продукты коррозии представляет собой сложную систему, состоящую из продуктов коррозии железа и посторонних примесей в виде солей, природной и производственной пыли (фазовый н химический составы, а также свойства этих продуктов зависят от агрессивности средой). Продукт коррозии создают барьер между внешней средой и металлом, вызывая затухание процесса коррозии во времени, а при t корродированный слой достигает некоторой установившейся величины.

Для моделирования коррозионных процессов важны следующие характеристики: параметр поврежденности, в качестве которого может приниматься глубина разрушаемого слоя металла или скорость коррозии v (v = d/dt); математическая модель коррозия, связывающая параметр поврежденности с физико-химическими характеристиками внешней среды; напряженно-деформированное состояние конструкции, взаимодействующей с агрессивной средой.

При моделировании атмосферных коррозионных процессов существуют два подхода - физико-химический и математический. Первый подход определяет основные зависимости между параметрами окружающей среды (температура, влажность, продолжительность сохранения пленки воды на металлической поверхности, химический состав среды и пр.) и характеристиками коррозии. Особенностью физико-химической моделей является их строго индивидуальная принадлежность. Существуют также модели коррозии, отражающие влияние как постоянной, так н переменной во времени температуры, а также времени и других факторов, связанных с ними, на процессы коррозии: [2]. Классификация математических моделей содержится в таблице 1.

Таблица 1. Классификация математических моделей

Приведенные в таблице 1 степенные н экспоненциальное эмпирические модели наиболее удобны и просты в использовании, поэтому в дальнейших расчетах наибольший акцент делается на них.

Анализ теоретических исследований по определению надежности изнашиваемых элементов конструкций позволяет выделить два подхода: первый связан е непосредственным вычислением функции надежности по статистике отказов, второй связан с определением надежности по показателям определяющего параметра (износа).

Использование первого подхода оправдано для систем связи, автоматики, радиоэлектроники и в некоторых других областях, где имеется достаточно статических данных об отказах.

В строительстве представительные данные об отказах отсутствуют, поэтому может быть использован только второй подход при наличии данных по эксплуатационному износу: [4].

Заключение

В самой общей постановке процессы износа представляются в виде нестационарных функций времени. На вид реализации процесса изнашивания оказывают виляние условия эксплуатации (атмосферная, подземная или подводная коррозия), физико-химическая структура материала и технология изготовления.

Библиографический список

1. Райзер, В.Д. Теория надёжности сооружений. Научное издание. - М.: Издательство АСВ, 2010. -384 с.

2. Голубев А.И., Кадыров М.Х. Прогнозирование коррозии для различных климатических условий. - М.: ГОСНИТИ, 1967. -16 с.

3. Долинский В.М. Изгиб тонких пластин, подверженных коррозионному износу. Динамика и прочность машин. - Харьков. - 1975. - Вып. 21. - с. 16-19.

4. Лычёв, А.С. Надёжность строительных конструкций. Учебное пособие. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008. -184 с.

Размещено на Allbest.ru