Розрахункова модель докритичного росту корозійномеханічних тріщин у металевих пластинах

Abstract

Побудована розрахункова модель для визначення періоду докритичного росту корозійно-механічної тріщини в металевому матеріалі. В основу моделі покладено деформаційний підхід, а також основні положення механіки руйнування. Розглянуто випадок, коли середовище кисле, а під час його контакту з поверхнею металу протікає електрохімічна реакція з водневою деполяризацією. Вважали, що матеріал руйнуватиметься під час реалізації таких двох основних механізмів: воднево-механічне руйнування і анодне розчинення металу. Тому швидкість поширення корозійно-механічної тріщини подано як суму двох складників: швидкості анодного розчинення матеріалу і швидкості його воднево-механічного руйнування. На основі цього, а також відомих у літературі результатів математичного опису електрохімічних реакцій і деяких положень механіки руйнування отримано рівняння для опису кінетики поширення корозійно-механічних тріщин. Це рівняння разом з початковими і кінцевими умовами і складає математичну модель для визначення періоду докритичного росту корозійно-механічних тріщин у металах. Коректність отриманих аналітичних результатів підтверджена відомими в літературі експериментальними даними.

Построена расчетная модель для определения периода докритического роста коррозионно-механической трещины в металлическом материале. В основу модели положен деформационный подход, а также основные положения механики разрушения. Рассмотрен случай, когда среда кислая, а при ее контакте с поверхностью металла происходит электрохимическая реакция с водородной деполяризацией. При этом считали, что материал будет разрушаться при реализации таких двух основных механизмов: водородно-механическое разрушение и анодное растворение металла. Поэтому скорость распространения коррозионно-механической трещины представлено как сумму двух составляющих: скорости анодного растворения материала и скорости его водородно-механического разрушения. На основании этого, а также известных в литературе результатов математического описания электрохимических реакций и некоторых положений механики разрушения получено уравнение для описания кинетики распространения коррозионно-механических трещин. Это уравнение вместе с начальными и конечными условиями и составляет математическую модель для определения периода докритического роста коррозионно-механических трещин в металлах. Корректность полученных аналитических результатов подтверждена известными в литературе экспериментальными данными.

The calculation model for determination of the period of subcritical corrosivemechanical crack growth in metallic material is built. The deformation approach and also the main ideas of fracture mechanics are used as a model basis. The case is considered, when the environment is acid and during the contact with the metal surface the electrochemical reaction occurs under hydrogen depolarization. It is thus considered that material fracture will pass according to such two basic mechanisms: hydrogenic-mechanical and anode dissolution of the metal. Therefore, the speed of corrosion-mechanical crack growth is presented as a sum of two constituents: speeds of material anode dissolution and the speed of its hydrogen-mechanical fracture. On this basis and also using the results of mathematical description of electrochemical reactions and some ideas of fracture mechanics, the known in literature equation has been obtaind for description of the corrosion-mechanical crack growth kinetics. This equation together with initial and final conditions form a mathematical model for determination of the period of corrosive-mechanical subcritical crack growth in the metallic materials. The correctness of the obtained analytical results is confirmed by the experimental data known in literature.