Analysis of Crack Growth in the Wall of an Electrolyser Compartment
Electrolysis units are widely used in different branches of industry. They are high-pressure tanks, each having a chamber and electrodes placed therein, which are arranged in assemblies, a cover as well as an inlet and outlet pipes. High requirements are imposed on their technical characteristics, c...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Russian |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2021
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/222819 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Репозитарії
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-222819 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| collection |
OJS |
| language |
English Russian |
| topic |
electrolyser hydrogenation stress-strain state medium crack UDC 539.3 електролізер наводнювання напружено-деформований стан середовище тріщина УДК 539.3 электролизер наводораживание напряженно-деформированное состояние среда трещина УДК 539.3 |
| spellingShingle |
electrolyser hydrogenation stress-strain state medium crack UDC 539.3 електролізер наводнювання напружено-деформований стан середовище тріщина УДК 539.3 электролизер наводораживание напряженно-деформированное состояние среда трещина УДК 539.3 Hontarovskyi, Pavlo P. Smetankina, Natalia V. Garmash, Nataliia H. Melezhyk, Iryna I. Analysis of Crack Growth in the Wall of an Electrolyser Compartment |
| topic_facet |
electrolyser hydrogenation stress-strain state medium crack UDC 539.3 електролізер наводнювання напружено-деформований стан середовище тріщина УДК 539.3 электролизер наводораживание напряженно-деформированное состояние среда трещина УДК 539.3 |
| format |
Article |
| author |
Hontarovskyi, Pavlo P. Smetankina, Natalia V. Garmash, Nataliia H. Melezhyk, Iryna I. |
| author_facet |
Hontarovskyi, Pavlo P. Smetankina, Natalia V. Garmash, Nataliia H. Melezhyk, Iryna I. |
| author_sort |
Hontarovskyi, Pavlo P. |
| title |
Analysis of Crack Growth in the Wall of an Electrolyser Compartment |
| title_short |
Analysis of Crack Growth in the Wall of an Electrolyser Compartment |
| title_full |
Analysis of Crack Growth in the Wall of an Electrolyser Compartment |
| title_fullStr |
Analysis of Crack Growth in the Wall of an Electrolyser Compartment |
| title_full_unstemmed |
Analysis of Crack Growth in the Wall of an Electrolyser Compartment |
| title_sort |
analysis of crack growth in the wall of an electrolyser compartment |
| title_alt |
Анализ роста трещины в стенке электролизерной камеры Аналіз росту тріщини в стінці електролізерної камери |
| description |
Electrolysis units are widely used in different branches of industry. They are high-pressure tanks, each having a chamber and electrodes placed therein, which are arranged in assemblies, a cover as well as an inlet and outlet pipes. High requirements are imposed on their technical characteristics, confirming the urgency of the problem of improving calculation methods. To simulate the kinetics of the thermally stressed state in elements of power plants with complex rheological characteristics of the material and taking into account its damageability, a special technique and software complex have been developed on the basis of the finite element method, which allow solving a wide class of nonlinear nonstationary problems in a three-dimensional formulation with simultaneous consideration of all operating factors. The kinetics of the crack was studied using the method of calculating the survivability of structural elements, which is based on the principles of brittle fracture mechanics, while the plastic zone at the crack tip is assumed to be small compared to the crack size, and the crack kinetics is determined by the stress intensity factors at crack tips. The technique is based on calculating the kinetics of the crack to its critical dimensions, when an avalanche-like destruction of a structural element occurs, or a crack grows through the thickness of the element. The kinetics of a semi-elliptical crack emerging on the inner surface of the cell wall was studied under the action of static and cyclic loading. With the use of the developed technique, computational studies of the thermal stress state of the upper part of the electrolyser cell were carried out. The results obtained show that the cylindrical part of the cover is the most loaded. There have been carried out studies of the development of an internal surface semi-elliptical crack, which originated in this zone. It was found that with a small number of cycles per year, the crack will grow for a long time to a certain depth, then the rate of its growth from static loading will increase so quickly that the growth of the crack from cyclic loading can be neglected. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2021 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/222819 |
| work_keys_str_mv |
AT hontarovskyipavlop analysisofcrackgrowthinthewallofanelectrolysercompartment AT smetankinanataliav analysisofcrackgrowthinthewallofanelectrolysercompartment AT garmashnataliiah analysisofcrackgrowthinthewallofanelectrolysercompartment AT melezhykirynai analysisofcrackgrowthinthewallofanelectrolysercompartment AT hontarovskyipavlop analizrostatreŝinyvstenkeélektrolizernojkamery AT smetankinanataliav analizrostatreŝinyvstenkeélektrolizernojkamery AT garmashnataliiah analizrostatreŝinyvstenkeélektrolizernojkamery AT melezhykirynai analizrostatreŝinyvstenkeélektrolizernojkamery AT hontarovskyipavlop analízrostutríŝinivstíncíelektrolízernoíkameri AT smetankinanataliav analízrostutríŝinivstíncíelektrolízernoíkameri AT garmashnataliiah analízrostutríŝinivstíncíelektrolízernoíkameri AT melezhykirynai analízrostutríŝinivstíncíelektrolízernoíkameri |
| first_indexed |
2024-09-01T17:37:34Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:37:34Z |
| _version_ |
1809016165357322240 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-2228192021-01-12T13:02:14Z Analysis of Crack Growth in the Wall of an Electrolyser Compartment Анализ роста трещины в стенке электролизерной камеры Аналіз росту тріщини в стінці електролізерної камери Hontarovskyi, Pavlo P. Smetankina, Natalia V. Garmash, Nataliia H. Melezhyk, Iryna I. electrolyser hydrogenation stress-strain state medium crack UDC 539.3 електролізер наводнювання напружено-деформований стан середовище тріщина УДК 539.3 электролизер наводораживание напряженно-деформированное состояние среда трещина УДК 539.3 Electrolysis units are widely used in different branches of industry. They are high-pressure tanks, each having a chamber and electrodes placed therein, which are arranged in assemblies, a cover as well as an inlet and outlet pipes. High requirements are imposed on their technical characteristics, confirming the urgency of the problem of improving calculation methods. To simulate the kinetics of the thermally stressed state in elements of power plants with complex rheological characteristics of the material and taking into account its damageability, a special technique and software complex have been developed on the basis of the finite element method, which allow solving a wide class of nonlinear nonstationary problems in a three-dimensional formulation with simultaneous consideration of all operating factors. The kinetics of the crack was studied using the method of calculating the survivability of structural elements, which is based on the principles of brittle fracture mechanics, while the plastic zone at the crack tip is assumed to be small compared to the crack size, and the crack kinetics is determined by the stress intensity factors at crack tips. The technique is based on calculating the kinetics of the crack to its critical dimensions, when an avalanche-like destruction of a structural element occurs, or a crack grows through the thickness of the element. The kinetics of a semi-elliptical crack emerging on the inner surface of the cell wall was studied under the action of static and cyclic loading. With the use of the developed technique, computational studies of the thermal stress state of the upper part of the electrolyser cell were carried out. The results obtained show that the cylindrical part of the cover is the most loaded. There have been carried out studies of the development of an internal surface semi-elliptical crack, which originated in this zone. It was found that with a small number of cycles per year, the crack will grow for a long time to a certain depth, then the rate of its growth from static loading will increase so quickly that the growth of the crack from cyclic loading can be neglected. Электролизерные установки имеют широкое применение в различных отраслях промышленности. Они представляют собой емкости высокого давления и камеру с помещенными в нее электродами, которые скомпонованы в пакеты, и имеют крышку, а также подводящий и отводящий патрубки. К их техническим характеристикам предъявляются высокие требования, подтверждающие актуальность проблемы усовершенствования методов исследований. Для моделирования кинетики термонапряженого состояния в элементах энергоустановок со сложными реологическими характеристиками материала и с учетом его повреждаемости на базе метода конечных элементов разработана специальная методика и программный комплекс, позволяющие в трехмерной постановке решать широкий класс нелинейных нестационарных задач с одновременным учетом всех действующих факторов. Исследования кинетики трещины выполнены с использованием методики расчетной оценки живучести элементов конструкций, которая базируется на принципах механики хрупкого разрушения. При этом зона пластичности в вершине трещины принимается малой по сравнению с ее размерами, а кинетика трещины определяется коэффициентами интенсивности напряжений в ее вершинах. Методика основывается на расчетах кинетики трещины до критических размеров, когда происходит лавиноподобное разрушение элемента конструкции или трещина прорастает насквозь по толщине элемента. Кинетика полуэллиптической трещины, выходящей на внутреннюю поверхность стенки электролизерной камеры, исследовалась под действием статического и циклического нагружений. С использованием разработанной методики выполнены расчетные исследования термонапряженного состояния верхней части электролизерной ячейки. Полученные результаты показывают, что цилиндрическая часть крышки является наиболее нагруженной. Выполнены исследования развития внутренней поверхностной полуэллиптической трещины, которая зародилась в этой зоне. Установлено, что при малом количестве циклов за год трещина будет долго подрастать до определенной глубины, далее скорость ее роста от статического нагружения увеличится так быстро, что ростом трещины от циклического нагружения можно будет пренебречь. Електролізерні установки широко застосовуються у різних галузях промисловості. Вони являють собою ємності високого тиску з камерою та розміщеними у ній електродами, які скомпоновані в пакети, а також кришку і патрубки. До їхніх технічних характеристик ставляться високі вимоги, що підтверджують актуальність проблеми удосконалення методів досліджень. Для моделювання кінетики термонапруженого стану в елементах енергоустановок зі складними реологічними характеристиками матеріалу й з урахуванням його пошкоджуваності на базі методу скінченних елементів розроблена спеціальна методика й програмний комплекс, що дозволяють у тривимірній постановці розв'язувати широкий клас нелінійних нестаціонарних задач із одночасним урахуванням усіх чинних факторів. Дослідження кінетики тріщини виконані з використанням методики розрахункової оцінки живучості елементів конструкцій, яка базується на принципах механіки крихкого руйнування. При цьому зона пластичності у вершині тріщини приймається малою у порівнянні з її розмірами, а кінетика тріщини визначається коефіцієнтами інтенсивності напружень у її вершинах. Методика ґрунтується на розрахунках кінетики тріщини до критичних розмірів, коли відбувається лавиноподібне руйнування елемента конструкції або тріщина проростає наскрізь по товщині елемента. Кінетика напівеліптичної тріщини, яка виходить на внутрішню поверхню стінки електролізерної камери, досліджувалася під дією статичного й циклічного навантажень. Із використанням розробленої методики виконані розрахункові дослідження термонапруженого стану верхньої частини електролізерної комірки. Отримані результати показують, що циліндрична частина кришки є найбільш навантаженою. Виконані дослідження розвитку внутрішньої поверхневої напівеліптичної тріщини, яка зародилася в цій зоні. Установлено, що при малій кількості циклів за рік тріщина буде довго підростати до певної глибини, далі швидкість її росту від статичного навантаження збільшується так швидко, що ростом тріщини від циклічного навантаження можна знехтувати. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2021-01-10 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/222819 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 23 No. 4 (2020); 38-44 Проблемы машиностроения; Том 23 № 4 (2020); 38-44 Проблеми машинобудування; Том 23 № 4 (2020); 38-44 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/222819/223093 https://journals.uran.ua/jme/article/view/222819/223094 Copyright (c) 2021 Pavlo P. Hontarovskyi, Natalia V. Smetankina, Nataliia H. Garmash, Iryna I. Melezhyk https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |