Введение к работе
1. Актуальность проблемы. Современные тенденции в машиностроительном, энергетическом, авиационном и нефтехническом комплексах характеризуются развитием методов увеличения ресурса и снижением материалоёмкости элементов конструкций при одновременном росте их единичных мощностей с надлежащим обеспечением качества и надёжности. Во многих случаях механические системы продолжают успешно функционировать, несмотря на наличие в них трещин. Прогнозирование роста трещин, то есть определение периода времени эксплуатации, за которое трещина достигает своего критического размера, позволяет обоснованно оценить остаточный ресурс. Сказанное в особенности относится к тонкостенным элементам конструкций. Трудности в изучении влияния агрессивной среды на ползучесть металлов связаны с недостатком систематических экспериментальных исследований. В данной работе была разработана модель, которая базируется на объединенной теории механики разрушения, предложенной В. В. Болотиным, позволяющая качественно и количественно описывать процесс роста трещины с учетом ползучести и коррозии.
2. Цель диссертации. Разработка модели, позволяющей описывать процесс роста трещины до финального разрушения в металлических конструкциях, испытывающих ползучесть и действие агрессивных сред. Оценить влияние концентрации агрессивной среды, начального размера трещины и уровня приложенных напряжений на продолжительность инкубационной стадии, общее время роста трещины и скорость роста трещины.
3. На защиту выносятся:
– Вычисление ядра ползучести, функции ползучести, обобщенных сил для неподвижной трещины под воздействием ползучести и активной среды.
– Исследование процесса роста трещины отрыва, получение диаграмм роста
и скорости роста трещины, изменения суммарного микроповреждения и
концентрации активной среды на фронте трещины.
– Разработка и реализация алгоритма программного комплекса в среде MATLAB для прогнозирования роста трещины.
– Исследование влияния первоначальных параметров(концентрация агрессивной среды, начальный размер трещины и уровень приложенных напряжений) на полученные диаграммы.
4. Научная новизна. Предложен новый подход к описанию роста трещин при одновременном воздействии ползучести и агрессивной среды. Рассмотренная модель учитывает все этапы роста трещины: инкубационную стадию, страгивание трещины и стадию устойчивого роста трещины до финального разрушения, а также определяет долю ползучести и коррозии в процессе роста трещин. Специальное внимание уделено вычислению обобщенных сил механики разрушения для материалов, подверженных ползучести, а также влиянию различных факторов на значения этих сил. Разработан алгоритм и соответствующие расчетные программы для исследования роста трещины с учетом ползучести и коррозии.
5. Методы исследований. Поставленные в работе задачи решались на основе теории механики разрушения, теории ползучести, теории дифференци-
альных уравнений. Использовались методы математического моделирования и компьютерной обработки.
6. Достоверность результатов. Обеспечивается корректной постановкой задачи, применением строгих математических методов исследования, применением современной вычислительной техники и сравнением полученных результатов с результатами других авторов.
7. Практическая ценность работы. Разработанная модель позволяет оценивать ресурс конструкций, содержащих трещины и работающих при высокой температуре в контакте с агрессивной средой. Результаты, полученные в работе, могут быть использованы при разработке и анализе промышленных объектов, находящихся под действием ползучести и агрессивной среды.
8. Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на заседании научно-технического совета ООО Газпром ВНИИГАЗ (2011) , докладывались на:
– XIV международном симпозиуме ”Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред”, Ярополец, февраль, М.: Изд. МАИ, 2008, с 155.
9. Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 5 статьях, 5 из которых в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ и в 1 тезисе конференции.
10. Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, сводки результатов, приложения и перечня использованной литературы. Работа изложена на 124 стр., содержит 35 рис. Список литературы включает 95 наименований.
