Finite element evaluation of the remaining mechanical strength of deteriorated cast iron pipes: Fid-Bau Portal

Finite element evaluation of the remaining mechanical strength of deteriorated cast iron pipes

Seica, M.V. / Packer, J.A.

Im Erdboden verlegte gusseiserne Wasserrohre werden durch verschiedene Beschichtungen gegen den direkten Kontakt zum Wasser und umgebenden Erdreich geschützt, dennoch treten Korrosionsschäden auf. Bei dieser im Falle des Gusseisens als graphitische Korrosion bekannte Schädigung bleibt die Form des Rohres erhalten, aber die mechanische Festigkeit der zurückbleibenden Graphit-Matrix ist deutlich verringert. Mit einer dreidimensionalen Finite-Elemente-Methode wird die verbleibende Festigkeit der korrosionsgeschädigten Wasserrohre bei bestimmten Belastungen abgeschätzt. Mit dreidimensionalen numerischen Modellen analysieren die Autoren dazu die bei Ringlagern und Rohrdurchbiegungen auftretenden Belastungen und vergleichen die Ergebnisse mit experimentell gewonnenen Werten. Das Finite-Elemente-Programm betrachtet dabei nur den Sprödbruch unter Zugspannung. Zusätzlich zu den Modellen mit Lochkorrosion werden unkorrodierte Modelle betrachtet, um die Festigkeitsabnahme der korrosionsgeschädigten Rohre im Vergleich zum ursprünglichen Zustand zu erhalten. Die von den Modellen vorausgesagten Versagenslasten sind tendenziell etwas geringer als die gemessenen Werte, dagegen sind die vorausberechneten Steifigkeitswerte etwas höher als die Messwerte. Die Korrosionsschädigung zeigt bei der Ringlagerbelastung (transversale Biegung) einen stärker zerstörenden Einfluss als bei der longitudinalen Rohrbiegung. Die Autoren folgern, dass mit dem vorgestellten FEM-Programm die verbliebene Festigkeit einer stellenweise korrodierten Rohrleitung mit bekannter Geometrie bei gegebenen Belastungsbedingungen zuverlässig vorausgesagt werden kann.