Введение к работе
Актуальность темы. Одной ил важнейших проблей современней техники является повышение надежности мазин и изделий при одновременном снижении расхоаа материала, т.е. уменьпение их веса и размеров, что привопит к необхояимости разработки нових метопов расчета, которые более полно и ааекватио учитывали споиства реальных материалов. В ее решении.главное место отводится сценке напряженно-деформированного состояния элементов конструкции при силовом и тепловом возпеГісгпни.
За последние гоаы заметно усилилось внимание исследователей к задачам теории упругости, неоднородных сред. Расчет напряженно-деформированного состояния существенно осложняется наличием в конструкциях отверстии различной формі; и неоднородностью материала. Неоднородность упругих свойств часто возникает в про-і;ессе изготовления (вследствие различных температуртгх условий d pan; 15 зонах) изделия, а такте в результате применения различной упрочняющей технологии (термическая, химико-термическая и другие виды обработок). Неоднородность упругих свойств возникает такте при эксплуатации конструкций под влиянием окружающей среды (термическое влияние, радиационное облучение, воздействие активтгх «-пакостей и газов и т.п.).
Изучение температуртгх напряжений в твердых деформируемых телах приобретает все бо.тьпуч актуальность в связи с (інтенсивнім развитием энергетики, машиностроения и ракетной техники. Элементы и узлы современных инженерных конструкций зачастую работают в таких режимах, когда при расчете напряженного и деформированного состояния необходимо учитывать не только упругую, но и упругепластическую работу материала, влияние температуры.
Расчет темпррзтурішх напряжений в конструкциях ядерных ре-
акторов имеет очень большее значение пля обеспечения их прочности при различных режимах работы реактора. Большую роль играет анализ температурних напряжений в тепловыделяющих элементах (ТаЗЛ), в отражателе и корпусе реактора. Изучение этих напряжений имеет существенное значение в тех случаях, ксгпа в стенках отражателя расположены охлаждающие каналы. В таких конструктивных элементах возникают значительные температурные напряжения, могущие визвать их разрушение.
В случае внезапной аварийней остановки реактора происходит быстрое папениє температури теплоносителя на выходе из активной зоны реактора, что созпает эффект так называемого теплового уаа-ра, вызывающего весьма значительное повышение напряжений в некоторых конструктивных элементах реактора (в баках,, коллекторах, трубопроводах и т.н.).
Сложность конструкций яперних реакторов созпает значительные, в некоторіїх случаях практически непреодолимые, трудности при решении возникающих задач по определению, температурных напряжений.
В подавляющем большинстве случаев аля анализа температур
ных напряжений вводят упрощенные и условные попели, весьма приб
лиженно отражающие действительные состояния конструкций реакто
ра и происходящих в них процессов. Таким образом, существующие
расчеты температурных напряжений в конструкциях реакторов носят
оценочный характер. Тем не менее эти приближенные оценочные рас
четы имеют очень важное значение, так как они дают общие указа
ния о предельно допустимых размерах тех или иных конструктивных
элементов, о слабых местах в конструкциях, требующих усиления
и т.п.
В связи о расчетами тепловыделяющих моментов в яаерных реакторах имеют несомнеїші-'й теоретический и практический интерес
решения плоских стационарных и нестационарных двоякопернопнчес-ких задач термоупругости и термо^поугопластичности.
Из сказанного становится очевидным, насколько вагон расчет температурних полей и напряжений в тепло вь'лелятацих элементах пля правильного вкбора их конструкции, оптимальных размеров я допустимых мощностей тепловыделения.
Привепенный в работе обзор исследований о напрягенно-пефор-мированном состоянии при тепловых воздействиях показывает, что совершенно- не исследованы вопросы напрятеннс-лоформпрораннсго состояния тепловыделяющих элементов,. пронизанных цилиндрическими охлаждающими каналами некруговой формы, когда теплофнчичес-кие и механические свойства материала зависят от температури среды.
Исследования напряженно-деформированного состояния тепловыделяющих элементов нмеэтт ватное значение пля'прогнозирования вопросов прочности элементов активной зоггн, замедлителя ядерных реакторов. В связи с этим необходимы дальней~г.:е исследования о тепловом и напряженном состоянии гепловнделяткцих элементов при стационарши: и нестационарных режимах работы, учет влияния кри-волннеПности формы цилиндрического канала, пластических деформаций, зависимости свойств материала от температуры.
Данная диссертационная работа посвящена вопросам исследования температурных и нлпряженно-деформнровашгых.полей тепловыделяющих элементов, ослабленных цилиндрическими каналами квадратной формы, расположенных в вершинах двоякопериолической системы. Цельч настоящей диссертационной работы является исследование тепловых, термоупругих и термоупруго-пластических напряженных состояний тепловыделяющих массивов с учетом зависимости свойств материала от температуры, вопросов взаимодействия двоя-
копериопических систем квадратных отверстии при стационарна: и нестационарных режимах работы.
Научная новизна работы заключается в слепуюцеы:
- разработана единая эффективная ыетопика исследования
распределения температуры, напряжений и деформаций тепловыпеля-
юцих массивов, интенсивность тепловыаеления которых есть функ
ция температуры,, ослабленных пвоякопериопической системой кваа-
ратных отверстий, с учетом зависимости свойств материала от тем
пературы и пластических деформаций;
- впервые ресена плоская двоякопериодическая задача с квап-
- ратными отверстиями неоднородной термоупругости и термоупруго-
. пластичности с внутренними источниками тепла, интенсивность, ко-- торых есть функция температуры среды;
- впервые решена плоская неоднородная задача термоупругос
ти и термопластичности пля изотропной среды, ослабленной пвоя
копериопической системой квадратных отверстий, при нестационар
ном тепловом воздействии.
Общая методика исследований. Для решения вышеуказанных за
дач применялись приближенные аналитические методы: метод Квази-
лннеаризации, вариационный метод конечных элементов, полуписк-
ретный метоп Галеркнна, метод Рунге-^утта и ыетоп переменных
параметров упругости, ыетоп малого параметра, метоп Гаусса с
" выбором главного элемента. . .'
Практическая ценность работы определяется широким кругом отпеченных выше практических приложений..Для численной реализации изложенных в диссертации метопов были ооставлеїш программы -". на алгоритмическом языке'ФОРТРАН пля выполнения расчетов на ыа-_ шинах типа ЕС ЭВМ. Решение всех задач'представлено в виде, уцо( ном'пля реализации на ЭВМ. Результаты при і едены в виде таблиц і
графиков, которые с успехом могут быть использованы п иігченер-ной практике при расчетах на прочность тепловыделяющих элементов энергетических установок.
Диссертационная работа выполнена в рамках темы коолпинаші- онного плана Академии наук комплексных научных исследований по проблеме: "Физико-химическая механика разрушения конструкционных материалов", внполняемой кафепрой "Сопротивление материалов" Азербайджанского технического университета.
Часть результатов, полученных в работе, перелома и использовалась заинтересованными предприятиями при сценке прочности элементов конструкций новой техники.
Достоверность полученнггх в работе результатов обеспечивается корректной постановкой эапач, строгостью математических выкладок, использованием обоснованных метопов геаения, ралрзбот-кой напечішх алгоритмов числеігной реализации, проверкой практической сходимости численних результатов, сопоставлением в некоторых частных случаях с реаениями известнкх задач, полученной пругимй исследователями.
Апробация работы. Результаты писсертации регулярно покла-пывались и обсувались на научном семинаре "Механика деформируемого твердого тела" кафедры "Сопротивление материалов" Азербайджанского технического университета; на X Республиканской конференции молоп. ученых по математике И механике (Баку,1990 г.); на ХШ Республиканской научной конференции аспирантов вузов Азербайджана (Баку, 1990 г.); на Республиканской научно-технической конференции (Баку, 1990 г.); на Республиканской научной конфе-енции молодых исследователей вузов Азербайджана (Баку,І99І г.); на научном семинаге отпела теории упругости и пластичности Института математики и механики АН Аэерб.Республики (Баку, 1991 г.).
- в -
Диссертация в целом положена и обсуждена на кафедре "Сопротивление материалов" АЗТУ (1992 г.).
Публикации. По материалам писсертационной работы опубликовано пять статей.
Структура и обгем работа. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, приложения, списка литературы. Основная часть работы изложена на JVty страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, б таблиц, 119 наименований литературы.