Experimental and numerical investigation of corrosion crack growth in mild structural steel
Numeričko i eksperimentalno ispitivanje rasta prsline u uslovima naponske korozije konstrukcionih čelika
Author
Alkateb, MohamedMentor
Sedmak, AleksandarCommittee members
Bakić, GordanaĐukić, Miloš
Tadić, Srđan
Vasović, Ivana
Metadata
Show full item recordAbstract
The phenomenon of SCC is one of the most important problems that different metals
are exposed to, according to the causative environment and the influencing stresses.
SCC is the type of subcritical cracking, occurring in a corrosive environment. Metal
fracture may occur due to SCC at a lower permissible stress level, causing problems
that are difficult to solve. The sensitive materials, the applied stresses and the
corrosive environment are the basic requirements that cause this phenomenon. It is
difficult to predict the complexity of the interactions that occur within a crack and how
they will grow and spread. The basic mechanisms of SCC remain fundamentally
unclear despite numerous studies and research conducted on the topic.
In this thesis, attention was focused on investigating crack growth behaviors in mild
steel, computationally by the numerical method and by using the finite element
simulation method. A model simulating crack growth was placed on the metal
surface by... applying tensile stress to the sample under normal conditions. The
mechanical analysis of tensile stress was performed using the Code _Aster method
to verify the effect of crack growth.
The calculations in this study were carried out according to equations relating to
linking the main influencing variables to obtain the best results. Three related
variables significantly influencing crack growth and propagation were simulated. K,
dk/da and max stress, are the variables that were simulated compared to crack
length and growth, according to basic conditions, and that was by applying a
constant tensile load to the sample, completely affecting the growth of the crack.
Values of these variables were recorded every 2 mm for the crack growth.
The results showed an increase in the values of K and max stress, while there was a
decrease in the values of dK/da as the crack length increased. There was a great
agreement between the results obtained mathematically according to equations and
when applying simulations using finite elements. These results obtained are largely
consistent with what has been obtained in most of the studies that have been
conducted in this regard.
Појава напонске корозије је један од најважнијих проблема који се јављају у
металним материјалима у неповољном окружењу и под дејством напона.
Напонска корозија је врста поткритичне расата прслине, који се јавља у
корзивној околини. Лом метала који настаје од последице напонске корозије
при напону мањем од дозвољеног, је проблем који није лако решити, посебно
код материјла осетљивих на корозију. Основна тешкоћа је да се утврди и
предивди сложено међудејство наопна и корозије у присуству прслине, односно
истраже механизми њеног настанка и раста. Основни механизми ове појаве су
и даље недовољно разјашњени и поред великог броја истрживања која су
спроведене последњих деценија.
У овој дисертацији пажња је усмерена на нумеричко истраживање понашања
конструкционог угљеничног челика у условима напонске корозије, а у присутву
прслине. У том циљу примењена је метода коначних елемената, односно њена
проширена варијанта када је у питању симулација раста прслине насталој на
металној ...површини, а под дејством затезног напона и корозионе средине. За
израчунавање напонско-деформационог стања коришћен је софтвер Code
_Aster који је отворен за допуне и модификације у скалду са конкретним
проблемом који се решава.
Прорачуни и нумеричке симулације су изведени у складу са једначинама које
повезују главне утицајне промељиве дља би се добили најбољи резултати. Три
повезане променљиве које битно утичу на раст прслине су симулиране, фактор
интензитета напона K, његова брзина, односно промена у односу на дужину
прслине, dК/da, и максимални напон. Ове величина су одређиване за две врсте
епрувета под дејтвом затезног напона, тако што су израчунате на свака 2 мм
раста прслине. Резултати су показали раст К и максималног напона, док је
брзина dК/da опадала при расту дужине прслине. Добијено је добро слагање
нумериких и аналитичких резултата, као и добро слагање са експерименталним
резултатима преузетим из литературе.