Uticaj radne temperature na otpornost na nastanak i rast prslina niskougljeničnog mikrolegiranog čelika za termoenergetska postrojenja
Effect of operating temperature on the resistance of low carbon microalloyed steel for thermal power plants to crack initiation and growth
Докторанд
Zečević, BojanaМентор
Milović, LjubicaЧланови комисије
Putić, SlavišaMeđo, Bojan
Grbović, Aleksandar
Burzić, Zijah
Метаподаци
Приказ свих података о дисертацијиСажетак
Svrha inženjerskog projektovanja je da konstrukcije budu izrađene tako da efikasno, sigurno i
ekonomično ispunjavaju predviđene eksploatacione funkcije. Da bi se to postiglo, inženjer polazi od
pretpostavljenih radnih opterećenja i eksploatacionih uslova, izračunava napone u nosećim
elementima konstrukcije i upoređuje ih sa dozvoljenim naponima za odgovarajući oblik oštećenja
koji može da se pojavi. Ukoliko su projektovana opterećenja manja ili jednaka opterećenjima u toku
rada, vek konstrukcije će zavisiti od izbora materijala čiji kvalitet i osobine treba da odgovaraju
nameni konstrukcije, tehnologiji proizvodnje i tehnologiji i izvođenju zavarivanja.
Parovodi pripadaju visoko odgovornim konstrukcijama koje su tokom radnog veka izložene puzanju.
Osnovno svojstvo čelika za parovode je otpornost na lom puzanjem u predviđenom radnom veku.
Predmet istraživanja ove disertacije je bio da se prikupe podaci o uticaju radne temperature na
mehaničke i strukturne osobine niskougljeničnog mikrol...egiranog čelika za rad na povišenim
temperaturama, koji će poslužiti za ocenu veka komponenata termoenergetskih postrojenja. Materijal
je analiziran ispitivanjem uzoraka izrađenih od novog, nekorišćenog materijala na dve temperature,
temperaturi okoline i radnoj temperaturi od 540 ℃, pri delovanju statičkog i dinamičkog opterećenja.
Glavni cilj istraživanja je bio da se odredi otpornost analiziranog materijala prema nastanku prslina i
lomu. Rezultati eksperimentalnih istraživanja su nam takođe pružili i sliku o ponašanju prsline na
radnoj temperaturi.
Pored eksperimentalne analize urađena je i numerička simulacija ponašanja epruveta pri statičkom i
dinamičkom opterećenju. Numerički proračun je rađen metodom konačnih elemenata (MKE) u
softverskom paketu ANSYS. Simulacije su bile zasnovane na eksperimentalno određenim
vrednostima J-integrala kao i na vrednostima koeficijenata iz Parisove jednačine. Pokazano je dobro
slaganje sa eksperimentalnim rezultatima, čime je verifikovana primena MKE za razmatrane
slučajeve opterećenja.
Dobijenim rezultatima ispitivanja dat je praktičan doprinos oceni uticaja radne temperature na
ponašanje ispitivanog materijala u uslovima statičkog i dinamičkog opterećenja, a u cilju procene
integriteta i preostalog veka konstrukcije. Takođe su date i smernice za produženje radnog veka
procesne opreme izrađene od čelika za rad na povišenim temperaturama.
Purpose of engineering design is to construct structures to efficiently, safely and economically fulfill
the estimated purposes in exploitation. To achieve this, the engineer starts from the assumed loads
and operating conditions, calculates the stressesin the load-carrying structure elements’ and compares
them with the allowable stresses for type of damage that may occur. If the designed loads are less
than or equal to the loads acting during operation, the structure’s life will depend on the materials’
selection whose quality and properties should correspond to the function of the structure,
manufacturing technology and welding technology and performance.
Steam pipes belong to highly responsible constructions that are exposed to creep during their service
life. The basic property of steel for steam lines is creep resistance in the expected service life.
The subject of research of this dissertation was to collect data on the effect of operating temperature
on the mechanical and struct...ural properties of low carbon microalloyed steel for elevated temperature
service, which will be used to assess the life of components of thermal power plants. The material
was analyzed by testing specimens made of virgin, unused material at two temperatures, ambient
temperature and operating temperature of 540 ℃, under static and dynamic loading conditions.
The main goal of the research was to determine the resistance of the analyzed material to crack
initiation and its fracture resistance. The results of experimental research also helped us to understand
the crack behavior at operating temperature.
In addition to the experimental analysis, a numerical simulation of specimens’ behavior under static
and dynamic loading was performed. The numerical calculation was done by the finite element
method (FEM) in the ANSYS software package. The simulations were based on experimentally
determined values of the J-integral as well as on the values of the Paris law coefficients. Good
agreement with the experimental results was shown, which verified the application of FEM for the
considered load cases.
The obtained test results give a practical contribution to the assessment of the operating temperature
effect on the behavior of the tested material exposed to static and dynamic loading, in order to assess
the integrity and the remaining life of the construction. Guidelines for extending the service life of
process equipment made of steel for elevated temperatures operation are also given.