Stress-strain analysis of spherical pressure vessels with corrosion damage

Abstract

Сосуды давления активно используются в различных областях промышленности. Поверхность данных конструкций может быть ослаблена коррозионными повреждениями в виде постепенно развивающихся питтингов, как одиночных, так и множественных, взаимодействующих друг с другом. Для прогнозирования поведения конструкции, подверженной коррозии, необходимо оценивать локальную прочность в областях с повреждениями. С этой целью в данной работе проведена серия численных расчетов напряженно-деформированного состояния сферической оболочки под внутренним давлением. Исследованы два типа повреждения внешней поверхности сосуда: множественными полусферическими выемками, расположенными случайным образом или периодически вдоль экватора оболочки, а также одиночным узким цилиндрическим питтингом. Анализ проводится в рамках как линейно-упругой модели поведения материала, так и упругопластической модели с линейным упрочнением. Расчеты реализуются с помощью пакета конечно-элементного анализа ANSYS.

Pressure vessels are extensively used in a variety of industries. The surface of these structures can be weakened by corrosion damage in the form of gradually developing pittings, both single and multiple, interacting with each other. In order to predict the behavior of a structure subjected to corrosion, it is necessary to evaluate the local strength in the vicinity of the corroded areas. For this purpose, a series of numerical calculations of the stress-strain state of a spherical shell under internal pressure is carried out in this work. Two types of damage of the outer surface of the vessel are investigated: multiple hemispherical notches located randomly or periodically along the equator of the shell, as well as a single narrow cylindrical pitting. The analysis is carried out within the framework of both the linearly elastic model and elastic-plastic model with linear hardening. The calculations are performed using the ANSYS finite element analysis package.