Введение к работе
ОТДЄЛ
диссертаций
Актуальность работы. Современный этап развития криогенного машиностроения характеризуется расширением масштабов использования криогенной техники и ее проникновением во все ведущие отрасли народного хозяйства. Наряду с металлургией и химией крупными потребителями криогенного оборудования становятся энергетика, авиация, наземный и морской транспорт, радиотехника, ядерная физика, медицина, пищевая промышленность. Создается мощная техническая база, обеспечивающая потребителей необходимым количеством жидких и газообразных продуктов. Осваиваются в промышленных масштабах области температур, близкие к абсолютному нулю. В своем развитии криогенная техника использует новейшие достижения смежных областей науки и техники, в свою очередь открывая перед ними принципиально новые возможности.
Основным элементом криогенного оборудования являются тонкостенные оболочечные конструкции, которые в зависимости от назначения, условий работы и изготовления обладают широким спектром конструктивных и технологических особенностей. При эксплуатации указанных конструкций, как правило, имеет место нестационарное тепловое и механическое нагружение, вызывающее в наиболее нагруженных зонах циклические упругопластические деформации и приводящее к малоцикловому разрушению.
Для оценки долговечности тонкостенных конструкций при ма-лоцикловом неизотермическом нагружении необходимы разработка и совершенствование методов исследования кинетики напряженно-деформированного состояния в зонах концентрации напряжений, а также выбор и экспериментальное подтверждение критериальных соотношений, характеризующих предельное состояние. Актуальность решения этой проблемы для криогенного машиностроения определила выбор основного направления исследований и основное содержание настоящей работы.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является:
разработка алгоритма расчета кинетики напряженно-деформированного состояния в зонах концентрации напряжений и областях с трещинами тонкостенных элементов конструкций при сложном термосиловом нагрудкнии;
создание лакгта прикладных программ, реализующих разра-
- 4 -ботанный алгоритм, и внедрение его в практику проектирования криогенного оборудования;
проведение исследований работоспособности и точности разработанного алгоритма и прикладных программ;
анализ напряженно-деформированного состояния типовых элементов криогенного оборудования с учетом комплекса конструкционно-технологических факторов;
разработка инженерных методов оценки прочности изделий криогенной техники при малоцикловом нагружении.
Научная новизна. На базе МВЭ разработан алгоритм и составлена программа исследования кинетики напряженно-деформированного состояния в локальных зонах концентрации напряжений в геометрически и физически нелинейной постановках при сложном термосиловом нагружвнии. В рамках разработанного алгоритма предложена эффективная схема численного интегрирования уравнений теории течения с комбинированным упрочнением. Проведено исследование точности и работоспособности разработанных алгоритмов. Выполнены расчеты типовых элементов криогенного оборудования с учетом технологических несовершенств. Получены удобные для практических прилозкений зависимости по определению коэффициентов концентрации напряжений указанного класса конструкций. Предложена июкенерная методика оценки малоцикловой прочности изделий криогенной техники, учитывающая при определении параметров процесса циклического деформирования эффекты геометрической нелинейности.
фактическая ценность и внедрение в промышленность. Разработанный алгоритм и реализующий его пакет прикладных программ существенно расширяют возможности анализа работоспособности конструкций криогенного машиностроения с учетом рабочих и экстремальных нагрузок. Предложенная инженерная методика оценки малоцикловой прочности дополняет методику, изложенную в ГОСТ 25859 - 83, что расширяет область его применения и позволяет не снижая безопасности значительно повысить гарантированное чисэю циклов нагружения тонкостенных' конструкций.
Результаты исследований, разработанный алгоритм и программа внедрены В ШЮ Криргенмаш и вошли в ОСТ 26-04-2585-86 "Техника криогенная и криогенновакуумная. Сосуды и камеры. Иэрмы и методы расчета на прочность, устойчивость и долговечность сварйьк конструкций". Экономический эффект от внедрения
результатов настоящей работы составил 46,9 тыс. рублей.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на VI, IX, X научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов ( Балашиха, НПО Криогенмаш, 1981, 198/, 1989 ), на П Всесоюзной конференции "Прочность материалов и конструкций при низких температурах" ( Житомир, 1986 ), на Международной научно-технической конференции "Молодые ученые в решении комплексной программы научно-технического прогресса стран-членов СЭВ" ( Киев, 1989 ), на Международной конференции "Сварные конструкции" ( Киев, 1990 ), на Всесоюзной научно-технической конференции "Основные направления создания и совершенствования сосудов, аппаратов, котлов и трубопроводов высокого давления" ( Иркутск, 1991 ), на Ш Всесоюзной конференции "Прочность материалов и конструкций при низких температурах" ( Винница, 1991 ), на Международной конференции "Крио-геника-91" ( Москва, 1991 ).
По результатам выполненных исследований опубликовано 17 печатных работ.
На защиту выносятся:
алгоритм расчета кинетики напряженно-деформированного состояния в зонах концентрации напряжений и.вблизи тренда в условиях термосилового нагрузкения;
результаты исследования точности и сходимости разработанного алгоритма;
результаты численного исследования напряженно-деформированного состояния типовых элементов и конструкций криогенного машиностроения с учетом комплекса конструкционно-технологических факторов;
инженерная методика оценки малоцикловой прочности тонкостенных элементов конструкций;
пакет прикладных программ, реализующий разработанный алгоритм нелинейного анализа применительно к ЕС ЭВМ и IBM -совместимых ПЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из. введения, пяти глав и сводки основных результатов, занимающих 169 страниц текста и содержащих 57 рисунков и 17 таблиц. В работе имеется библиографический список-, включающий 176 наименований и приложение на 5 страницах. Всего - 195 страниц.
Похожие диссертации на Расчет несущей способности элементов криогенного оборудования при малоцикловом неизотермическом нагружении
