وكثيراً ما تتعرض المطويات البترولية، أثناء استخدامها على المدى الطويل، لحمولة دائرية تؤدي إلى التعب والكسر. ويعد التعب والانكسار عاملين هامين يؤثران على العمر النافع للمواد الحشرية وسلامتها. ستبحث هذه الورقة التعب وآلية التكسير فيما يتعلق بالمكونات البتروكيميائية، وذلك بهدف فهم جوهرها وتقديم توجيهات بشأن تصميم هذه المواد وتصنيعها واستخدامها.
عضلات التعب في المعادن الحجرية
وينشأ صدع التعب في المهد: تحدث صدع جزئي على سطح المطاوح الحجرية أو في مناطق تركيز الإجهاد الداخلية نتيجة لحمولة دائرية. وعادة ما تكون هذه الشقوق ناتجة عن عوامل مثل عدم التوازن في المواد أو العيوب أو الإجهاد المتبقي. وينبع الصدع من مرحلة أولية من عملية التعب، له تأثير كبير على ما يتبعه من توسع وانقطاع.
اتساع الصدع: بمجرد أن ينشأ في طور النشوء، فإنه يمتد على امتداد مسار تركيز الإجهاد، مع استمرار الحمولات الدائرية. وتتأثر معدلات التوسيع المتصدع بعوامل من قبيل طبيعة المواد وقيمة سعة الحمولة وتواترها. وتمثل مرحلة التوسيع في الصدع المرحلة الرئيسية من عملية التعب وسببا هاما لإبطال مفعول المطويات.
التشقّق المؤقت: عندما ينتشر التشقّق إلى حد ما، لا يستطيع الجزء المتبقي من الجسم أن يتحمل حمولات خارجية، مما يؤدي إلى التشقّق المؤقت. والانكسر المؤقت هو المرحلة الأخيرة من عملية التعب التي تقترن عادة بتحولات أكبر وبإطلاق طاقة.
آلية التكسير في المعادن الحجرية
التشققات المقاومة: إن التشظّي التقليدي يحدث عندما تكون المادة أكثر مرونة ومرونة. وعادة ما تقترن التشوهات المقاومة بتشوهات لدائنية وعلامات انكماشية. والسبب الرئيسي لانقطاع صلابة هو أن العيوب الجزئية داخل المادة آخذة في التوسع والتلاحم بفضل الحمولة.
الانفصام القهري: هو انفصام مفاجئ يحدث عندما تكون المادة أقل مرونة ومرونة. وعادة ما لا يكون هناك أي تشوهات لدائنية أو انكماشية والسبب الرئيسي للتشقق القهري هو تأثير عوامل مثل الإجهاد المتخلف داخل المادة، أو العيوب، أو درجة الحرارة المحيطة.
العوامل التي تؤثر على التعب والكسر فيما يتعلق بالمعادن الحجرية
الخواص المادية: تؤثر شدة المواد وصلابتها وصلابتها، وما إلى ذلك، تأثيراً كبيراً على التعب والكسر. وتتسم المواد ذات الجودة العالية بمقاومة التعب ومقاومة التكسير بشكل أفضل.
ظروف الحمولة: من شأن حجم الحمولة ونوعها وتواترها ومدتها أن تؤثر على التعب والكسر فيما يتعلق بالمعادن الحجرية. فالتغيرات في الحمولات المفرطة أو المتكررة تزيد من سرعة نشوء وتصدع التعب.
العوامل البيئية: يمكن أن تتأثر التعب والانقطاع في البيئة التي توجد فيها الطويات البترولية، مثل درجة الحرارة والرطوبة والعوامل التآكل. وتؤدي الظروف البيئية القاسية إلى تسريع تقدم المواد وانخفاض أدائها، مما يزيد من خطر التكسر.
عمليات التصنيع: تؤثر عمليات التصنيع، مثل الحداثة، والمعالجة الحرارية، والمعالجة الميكانيكية، على الكتلة الداخلية للطبقة الحجرية وعلى حالة الإجهاد المتبقية، مما يؤثر على التعب والأداء التكسير. ومن شأن عملية التصنيع المعقولة أن تحسن من جودة المواد المطورة واستقرارها في الأداء.
ومن خلال استكشاف التعب وآلات التكسير فيما يتعلق بالمعادن الحجرية، يمكن إدراك أهمية الفهم المتعمق لجوهرها في تحسين سلامة المعدات البتروكيميائية وعمرها النافع. وفي المستقبل، ستتحسن مقاومة التعب ومقاومة التكسر في المطابقات البتروكيميائية في المستقبل مع التطور المستمر في علم المواد وتكنولوجيات التصنيع، وذلك للوفاء بمتطلبات الصناعة البترولية الأكثر سلامة المعدات وموثوقيتها. وفي الوقت نفسه، فإن الدراسة المتعمقة للإرهاق والسلوك التكسير في الملابسات المختلفة للخدمة هي أيضا واحدة من أهم الاتجاهات البحثية في المستقبل التي توفر دعما نظريا وأمنا تقنيا أكثر موثوقية للتطبيقات الهندسية الفعلية.
