Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Физико-математические науки
Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

Диссертационная работа:

Веретимус Надежда Константиновна. Деформирование и разрушение несущих элементов с учетом полей накопленных повреждений : диссертация ... кандидата технических наук : 01.02.06. - Москва, 2006. - 139 с. : ил. РГБ ОД,

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

Введение 5

Глава 1. Обзор работ по исследованию накопления повреждений при

циклическом нагружении 8

LL Механизмы учета накопления повреждений при термо
циклическом нагружении 10

1.2. Учет накопления высокотемпературных термоцикличес
ких повреждений в терминах деформаций 19

L3. Алгоритм расчета несущих элементов на усталостное

разрушение в полях накопленных повреждений 21

1.4. Анализ и выводы по материалам литературного обзора... 25
Глава 2. Решение краевой задачи определения напряженно-деформи
рованного состояния (НДС) несущего элемента при статиче
ском нагружении 26

2Л. Экспериментальные характеристики механических

свойств сплавов ЭИ437Б и 15Х2НМФА 27

  1. Аппроксимации зависимости основных механических свойств (ОМС) сплавов ЭИ437Б и 15Х2НМФА от температуры 30

  2. Определение НДС несущего элемента конструкции в упругой постановке на установившемся режиме работы при механической и термомеханической нагрузке 35

  3. Определение НДС в упругопластической постановке по коэффициентам концентрации при изотермическом нагружении несущего элемента 43

  4. Определение НДС в упругопластической постановке методом переменных параметров упругости при изотерми-

Стр.
ческом нагружении несущего элемента 47

  1. Определение НДС в упруго пластической постановке методом переменных параметров упругости при термомеханическом нагружении несущего элемента 52

  2. НДС несущего элемента на переходных режимах работы- 54

  3. Основные результаты 59

Глава 3. Кинетика НДС несущего элемента конструкции 60

3.1. Определение параметров диаграммы циклического де
формирования и интенсивности циклического разупроч
нения стали 15Х2НМФА 61

3,2 Кинетика НДС несущего элемента, нагруженного изотермически, при постоянном циклическом пределе текучести 63

3.3. Учет зависимости ОМС сплавов ЭИ437Б и 15Х2НМФА

от числа циклов нагружения и их амплитуды 68

  1. Определение показателя упрочнения в Й>ом полуцикле „.. 73

  2. Кинетика НДС изотермически нагруженного несущего элемента при переменном циклическом пределе текучести 75

  3. Определение кинетики НДС несущего элемента при циклическом термомеханическом нагружении 78

  4. Оценка разработанной математической модели 80

3.8. Основные результаты 81

Глава 4. Расчетная долговечность несущего элемента до образования

трещины, определенная в полях накопленных повреждений ... 82 4.1. Экспериментальное подтверждение критерия зарождения

трещины в терминах деформаций 83

4.2 Поля повреждений несущих элементов конструкции при

Стр.
изотермическом малоцикловом нагружении 86

43. Кинетика повреждений на стадии образования трещины

при изотермическом нагружении несущего элемента 91

4,4. Поля и кинетика повреждений несущих элементов конст
рукции при термомеханическом нагружении 95

4-5. Число циклов до зарождения трещины при изотермиче
ском нагружении несущих элементов конструкции 98

4.6. Определение долговечности до зарождения трещины на
базе анализа полей накопленных повреждений 100

4.7, Основные результаты 104

Глава 5. Развитие трещин в кинетических полях повреждений 105

5.1. Определение кинетики трещины по уравнению скорости
роста трещины в величинах коэффициентов интенсивно
сти деформаций при изотермическом нагружении несу
щих элементов конструкции 106

5.2, Определение кинетики трещины несущего элемента кон
струкции при изотермическом нагружении на базе анали
за полей накопленных повреждений 112

5.3- Скорость трещины и направление ее прорастания в несу
щем элементе при термомеханической нагрузке 117

  1. Определение расчетной долговечности до разрушения на базе анализа полей накопленных повреждений 119

  2. Оценка разработанной математической модели 121

  3. Основные результаты 122

Основные результаты работы и выводы 123

Литература 126

Введение к работе:

Проблема определения прочности, надежности и ресурса актуальна во всех, отраслях машиностроения, особенно в тех, где существует возможность аварийной ситуации. К таким отраслям относятся атомная промышленность, авиация, ракетно-космическая техника, судостроение, нефтегазохимические комплексы, железнодорожный транспорт и т.п. Эта проблема приобретает еще большее значение в связи с ростом технического прогресса. Увеличение мощности агрегатов, их скоростей или других параметров рабочих процессов машин приводит к резкому росту напряжений в исследуемом объекте, а, следовательно, и уменьшению его надежности и ресурса.

Существуют три способа решения задачи о надежности и ресурсе [42], Первый способ - испытание натурных изделий в условиях эксплуатации или их имитации - достоверность таких результатов наибольшая, но такой способ крайне дорогостоящий, трудоемкий и к тому же дает единичный результат. Второй - физическое моделирование - испытание, проводимое при помощи моделей. Такой способ дает достаточно точный результат, однако создание модели того или иного объекта также достаточно трудоемко и дорогостояще. Наиболее экономичным является третий способ - математическое моделирование - расчетное определение надежности и ресурса. Однако этот способ не всегда дает достаточную точность, так как крайне сложно учитывать все многообразие нагрузок и их динамику в процессе эксплуатации. Как правило, математическое моделирование применяется на стадии проектирования.

В математической модели необходимо наиболее полно отразить процессы, происходящие в материале изделия при нагружении- Для конструкций современного машиностроения: энергетического и транспортного машиностроения, авиации, ракетной техники, реактор остроения и тл. в связи с интенсификацией рабочих и технологических процессов характерна повторяемость и цикличность нагружения механическими и термическими на-

грузками, работа в условиях переходных и форсированных режимов эксплуатации [26, 52,53, 60, 61? 66, 92], Действие периодически повторяющихся нагрузок на рассматриваемый объект приводит к необратимым процессам, проходящим в материале, которые вызывают образование трещин в изделии, а впоследствии и разрушение притом, что действующие на него нагрузки значительно меньше критических. Наличие высоких термомеханических циклических нагрузок предопределяет малоцикловое разрушение исследуемого объекта при числе циклов нагружения до 105,

В соответствии с деформационно-кинетическим критерием малоцикловой прочности достижение предельного состояния определяется суммой нелинейно изменяющихся по числу циклов усталостного и квазистатического повреждений, критическое значение которой принимается равным единице [26]- Оценка накопленных повреждений производится на основе линейного закона суммирования.

Существенную погрешность в определении критического значения повреждения, равного единице, влечет за собой неучет кинетики деформаций и изменения механических свойств материалов в условиях изотермического и неизотермического нагружения. Создавая математическую модель, также целесообразно учитывать поля повреждений, накопленные в изделии в процессе нагружения и их кинетику [5, 63-65, 71, 91]- В этом случае свойства материала оказываются также связанными с реальными условиями нагружения и накопленными повреждениями.

Для дальнейшего уточнения методов расчета и прогнозирования прочности и долговечности конструктивных элементов в условиях нестационарных тепловых и механических нагрузок большое значение имеет комплексное исследование реальной нагруженности (по внешним механическим и тепловым воздействиям), локальных напряжений и деформаций в их сложной нелинейной постановке (вследствие непрерывного изменения сопротивления деформированию) и повреждаемости при эксплуатации, зависящей от исто-

рии нагружения, концентрации напряжений и циклических свойств материалов,

В диссертации предложены методики определения кинетики НДС, с учетом полей накопленных повреждений моделирование условий образования и прорастания трещины до полного разрушения элемента конструкции, а также определение его ресурса при неизотермическом малоцикловом нагру-жении в условиях нелинейного циклического упругопластического деформирования. В основу исходных данных для исследований были положены: известные конфигурации исследуемого объекта, режим термомеханического нагружения и базовые свойства конструкционных материалов при однократном нагружении.

В методике определения кинетики НДС учитывалось изменение диаграммы деформирования материала в зависимости от уровня нагрузок и температур, влияние температуры на основные механические свойства, условия перераспределения напряжений и деформаций по числу циклов в каждой расчетной точке. Рассмотрены установившийся и неустановившийся режимы работы изделия. На базе анализа кинетики НДС построены поля накопленных повреждений, определяющие область зарождения трещины.

Методика определения долговечности несущего элемента конструкции на стадии зарождения трещины и разрушения, а также скорости и направления роста трещины основана на учете полей накопленных повреждений, кинетики свойств и повреждений материала, В результате определяется не только область зарождения трещины (наиболее опасная точка), но и дальнейшее ее прорастание с кинетически изменяющимися полями повреждений.

Разработанная методика рассмотрена на примере модели диска газотурбинного двигателя (ГТД) и толстостенной трубы. Представлены алгоритмы определения кинетики НДС, прочности и ресурса в условиях термомеханического нагружения, которые можно использовать для других элементов высоконагруженных конструкций.

Подобные работы
Крупников Иван Владимирович
Упругопластическое деформирование и разрушение элементов трубопроводных систем
Макаренко Леонид Васильевич
Деформирование и разрушение в зонах неоднородности напряженных состояний и локальных свойств сварных соединений
Рощин Константин Владимирович
Усталостное разрушение пластинчатых и стержневых элементов конструкций бортовой радиоэлектронной аппаратуры при динамической нагрузке
Готовко Сергей Алексеевич
Оценка сопротивляемости элементов технологического оборудования коррозионно-механическому разрушению
Ольшевский Александр Алексеевич
Методика решения контактных задач для тел произвольной формы с учетом шероховатости поверхности методом конечных элементов
Тверяков Олег Викторович
Исследование и разработка элементов конструкции одноосного силового гиростабилизатора с учетом динамики роторной системы
Кубышкина Светлана Николаевна
Разработка и применение обобщенных реологических моделей неупругого деформирования и разрушения элементов конструкций
Устюгов Владимир Аркадьевич
Моделирование процессов деформирования и повреждения полимерных труб при термомеханических нагрузках
Макаров Дмитрий Алексеевич
Математическое моделирование процессов неизотермического неупругого деформирования и накопления повреждений в конструкционных материалах
Ивахненко Виталий Васильевич
Влияние асимметрии цикла напряжений на деформирование и разрушение стали 15х2НМФА и сплава ВТ9 при малоцикловом нагружении

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net