Destruction of a Protective Pipe Coating under Cyclic Loading by Internal Pressure

V. V. Struzhanov; A. E. Chaikin

doi:10.17804/2410-9908.2022.2.055-066

V. V. Struzhanov, A. E. Chaikin

DESTRUCTION OF A PROTECTIVE PIPE COATING UNDER CYCLIC LOADING BY INTERNAL PRESSURE

DOI: 10.17804/2410-9908.2022.2.055-066

An analytical method has been developed for determining the moment of destruction of thin pipe coatings whose material retains elasticity during cyclic changes in internal pressure. The coating material has the property of strain softening, that is, destruction with increasing deformation occurs as stresses drop. The properties of the coating material are described by a convex-concave potential. Due to damage accumulation resulting from fatigue loading, the properties of the coating material change. Hence, the complete deformation curve degenerates. To determine the moment of destruction, the methods of the mathematical theory of catastrophes are used, which make it possible to find all the equilibrium positions of the system and the point of instability of the deformation process. Due to the degeneration of the properties of the coating material, the catastrophe (loss of stability) approaches the parameters of fatigue loading.

Acknowledgement: The work was performed according to the state assignment, theme No. AAAA-A18-118020790145-0.

Keywords: thin coating of pipes, equilibrium state curves, loss of deformation stability, degeneration of coating material properties, catastrophe (destruction)

References:

Andrasic C.P., Parker A.P. Dimensionless stress intensity factors for cracked thick cylinders under polynomial crack face loadings. Engineering Fracture Mechanics, 1984, vol. 19 (1), pp. 187–193. DOI: 10.1016/0013-7944(84)90078-X.
Shannon R.W.E. Stress intensity factors for thick-walled cylinders. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 1974, vol. 2 (1), pp. 19–29. DOI: 10.1016/0308-0161(74)90013-1.
Poston Т., Stewart I. Teoriya katastroph i ee prilozheniya [Poston T., Stewart I. Catastrophe Theory and its Applications, London, San Francisco, Pitman, 1978]. Мoscow, Mir Publ., 1980, 608 p. (In Russian).
Gilmore R. Prikladnaya teoriya katastroph. Book 1 [Gilmore R. Catastrophe Theory for Scientists and Engineers, Dover Publications, 1993]. Moscow, Mir Publ., 1984, 350 p. (In Russian).
Vil’deman V.E. and Chausov N.G., Conditions of Deformation Failure for Special Configuration Stretched Sample. Zavod. Lab., Diagn. Mater., 2007, vol. 73, No. 10, pp. 55–59. (In Russian).
Vil’deman V.E., Tretyakov M.P. Material testing by plotting total deformation curves. J. Mach. Manuf. Reliab., 2013, vol. 42, pp. 166–170. DOI: 10.3103/S1052618813010159.
Andreeva E.A. Solution of one-dimensional softening materials plasticity problems. Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ., Ser. Fiz.-Mat. Nauki [J. Samara State Tech. Univ., Ser. Phys. Math. Sci.], 2008, iss. 2 (17), pp. 152–160. DOI: 10.14498/vsgtu642. (In Russian).
Kadashevich Yu.I., Pomytkin S.P. Investigation of uniaxial and biaxial loadings of softening materials in endochronic theory of inelasticity. Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ., Ser. Fiz.-Mat. Nauki [J. Samara State Tech. Univ., Ser. Phys. Math. Sci.], 2012, iss. 1 (26), pp. 110–115. DOI: 10.14498/vsgtu1007. (In Russian).
Wildemann V.E., Lomakin E.V. & Tretyakov M.P. Postcritical deformation of steels in plane stress state. Mech. Solids, 2014, vol. 49, pp. 18–26. DOI: 10.3103/S0025654414010038.
Struzhanov V.V., Chaikin A.E. Destruction of a Thin-walled Spherical Vessel by Internal Pressure. AIP Conference Proceedings, 2020, vol. 2315, 020044. DOI: 10.1063/5.0036729.
Sedov L.I. Mekhanika sploshnoy sredy [Continuum mechanics, vol. 1]. Мoscow, Nauka Publ., 1970, 492 p. (In Russian).
Mironov V.I., Bagazeev Yu.M. Mechanical properties of the material at the stage of deformation softening. Vestnik PGTU. Mechanics of composites, 1999, No. 1, pp. 78–85.
Struzhanov V.V., Mironov V.I. Tartashnik К.А. On one approach to the calculation of durability under cyclic loading. Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ., Ser. Fiz.-Mat. Nauki [J. Samara State Tech. Univ., Ser. Phys. Math. Sci.], 2004, iss. 26, pp. 94–101. DOI: 10.14498/vsgtu184. (In Russian).
Struzhanov V.V., Korkin A.V., Chaykin A.E. One approach to determination of the ultimate load-bearing capacity of mechanical systems with softening elements. Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ., Ser. Fiz.-Mat. Nauki [J. Samara State Tech. Univ., Ser. Phys. Math. Sci.], 2018, 22 (4), pp. 762–773. DOI: 10.14498/vsgtu1624. (In Russian).
Struzhanov V.V. The determination of the deformation diagram of a material with a falling branch using the torsion diagram of a cylindrical sample. Sib. Zh. Ind. Mat., 2012, vol. 15 (1), pp. 138–144. (In Russian).

В. В. Стружанов, А. Е. Чайкин

РАЗРУШЕНИЕ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ ТРУБЫ ПРИ ЕЕ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ

Разработан аналитический метод определения момента разрушения тонких покрытий труб, материал которых при циклических изменениях внутреннего давления сохраняет свойство упругости. Материал покрытия обладает свойством деформационного разупрочнения, т. е. разрушение при возрастающей деформации происходит в процессе падения напряжений. Свойства материала покрытия описываются выпукло-вогнутым потенциалом. В силу накопления повреждений в результате усталостного нагружения свойства материала покрытий изменяются. Следовательно, полная диаграмма деформирования вырождается. Для определения момента разрушения используются методы математической теории катастроф, которые позволяют найти все положения равновесия системы и точку потери устойчивости процесса деформирования. В силу вырождения свойств материала покрытия катастрофа (потеря устойчивости) приближается к параметрам усталостного нагружения.

Благодарность: Работа выполнена в соответствии с государственным заданием по теме № АААА-А18-118020790145-0.

Ключевые слова: тонкое покрытие труб, кривые равновесных состояний, потеря устойчивости деформирования, вырождение свойств материала покрытия, катастрофа (разрушение)

Библиография:

Andrasic C. P., Parker A. P. Dimensionless stress intensity factors for cracked thick cylinders under polynomial crack face loadings // Engineering Fracture Mechanics. – 1984. – Vol. 19 (1). – P. 187–193. – DOI: 10.1016/0013-7944(84)90078-X.
Shannon R. W. E. Stress intensity factors for thick-walled cylinders // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 1974. – Vol. 2 (1). – P. 19–29. – DOI: 10.1016/0308-0161(74)90013-1.
Постон Т., Стюарт И. Теория катастроф и ее приложения / пер. с англ. – М. : Мир, 1980. – 608 с.
Гилмор Р. Прикладная теория катастроф. Кн. 1 / пер. с англ. – М. : Мир, 1984. – 350 с.
Вильдеман В. Э., Чаусов Н. Г. Условия деформационного разупрочнения материала при растяжении образца специальной конфигурации // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2007. – Т. 73, № 10. – С. 55–59.
Vil’deman V. E., Tretyakov M. P. Material testing by plotting total deformation curves // J. Mach. Manuf. Reliab. – 2013. – Vol. 42. – P. 166–170. – DOI: 10.3103/S1052618813010159.
Андреева Е. А. Решение одномерных задач пластичности для разупрочняющегося материала // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. Науки. – 2008. – № 2 (17). – С. 152–160. – DOI: 10.14498/vsgtu642.
Кадашевич Ю. И., Помыткин С. П. Исследования одноосного и двухосного нагружения разупрочняющихся материалов по эндохронной теории неупругости // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. Науки. – 2012. – № 1 (26). – С. 110–115. – DOI: 10.14498/vsgtu1007.
Wildemann V. E., Lomakin E. V. & Tretyakov M. P. Postcritical deformation of steels in plane stress state // Mech. Solids. – 2014. – Vol. 49. – P. 18–26. – DOI: 10.3103/S0025654414010038.
Struzhanov V. V., Chaikin A. E. Destruction of a Thin-walled Spherical Vessel by Internal Pressure // AIP Conference Proceedings. – 2020. – Vol. 2315. – 020044. – DOI: 10.1063/5.0036729.
Седов Л. И. Механика сплошной среды. Т. 1. – М. : Наука, 1970. – 492 с.
Миронов В. И., Багазеев Ю. М. Механические свойства материала на стадии деформационного разупрочнения // Вестник ПГТУ. Механика композитов. – 1999. – №1. – С. 78–85.
Стружанов В. В., Миронов В. И., Тарташник К. А. Об одном подходе к расчету долговечности при циклическом нагружении // Вестник Сам. ГТУ. Сер. Физ-мат. Науки. – 2004. – Вып. 26. – С. 94–101.
Стружанов В. В., Коркин А. В., Чайкин А. Е. Об одном подходе к определению предельной несущей способности механических систем с разупрочняющимися элементами // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. – 2018. – Т. 22 (4). – С. 762–773.
Стружанов В. В. Определение диаграммы деформирования материала с падающей ветвью по диаграмме кручения цилиндрического образца // Сиб. журн. индустр. матем. – 2012. – Т. 15, № 1. – С. 138–144.

Библиографическая ссылка на статью

Struzhanov V. V., Chaikin A. E. Destruction of a Protective Pipe Coating under Cyclic Loading by Internal Pressure // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2022. - Iss. 2. - P. 55-66. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2022.2.055-066. -
URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_355.html
(accessed: 21.12.2024).