Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в энергетической, химической промышленности и в авиакосмической технике широко применяются элементы конструкций, выполненные в виде тонких оболочек вращения и подвергающиеся в процессе эксплуатации неравномерному нагреву и воздействию различного рода силовых нагрузок. При совместном действии тепловых и силовых факторов в этих конструкциях, в местах концентрации напряжений, могут возникать зоны пластичности и интенсивно развиваться деформации ползучести. Наличие необратимых деформаций приводит к перераспределению напряжений, а в условиях ползучести напряженно — деформированное состояние конструкций может существенно изменяться с течением времени, даже при постоянной температуре и внешней нагрузке. Развитие деформации ползучести сопровождается накоплением повреждений в материале в виде микропор и микротрещин. Этот процесс, проявляющийся в снижении прочностных свойств материала, протекает скрытно и в конечном итоге может привести к разрушению соответствующих элементов конструкций. Поэтому для разработки и проектирования подобных конструкций необходима достоверная информация об изменении их напряженно — деформированного состояния с учетом всех вышеперечисленных факторов. Кроме того, достаточно важными являются задачи прогнозирования поведения таких конструкций в условиях перегрузок, а также оценки остаточного ресурса уже эксплуатируемых конструкций.
Задачи такого типа решены в основном для однослойных оболочек и не всегда с учетом всех вышеперечисленных факторов. Вместе с тем, многослойные оболочечные конструкции в последнее время получают все более широкое распространение, и сегодня данное направление в технике достаточно динамично развивается. Это связано, в частности, с тем, что в последние десятилетия разработано много методов получения многослойных металлических материалов (слоистых композитов), обладающих заранее заданными свойствами.
В этой связи разработка методики расчета упругопластического напряженно-деформированного состояния тонких многослойных оболочек вращения с учетом повреждаемости материалов при ползучести, позволяющей прогнозировать поведение таких конструкций вплоть до их разрушения при нормативных режимах эксплуатации и при перегрузках, а также оценивать их остаточный ресурс, является важной и актуальной задачей механики деформируемого твердого тела.
Целью работы является разработка методики и программного обеспечения для определения осесимметричного упругопластического напряженно - деформированного состояния многослойных оболочек вращения с учетом повреждаемости материалов при ползучести, с использованием соотношений теории неизотермических процессов упругопластического деформирования элементов твердого тела по траекториям малой кривизны и кинетического уравнения повреждаемости материала при ползучести Ю.Н. Работнова.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработана методика расчета и программное обеспечение, позволяющие решать новый класс задач по исследованию истории изменения напряженно -деформированного состояния и оценке прочности, жесткости и долговечности многослойных оболочек вращения, как с^лдаювремвнным^так и дифференцированным
учетом следующих факторов; возж0Икё ^ ^^ "Цзникнов ение пла-
стических деформаций, деформаций ползучести, развитие повреждаемости материала при ползучести;
- решен ряд практических задач по определению упругопластического напряженно — деформированного состояния и времени до разрушения многослойных оболочек вращения с учетом повреждаемости материалов при ползучести.
На защиту выносится:
Методика расчета упругопластического напряженно - деформированного состояния тонких многослойных оболочек вращения с учетом повреждаемости материалов при ползучести.
Алгоритм решения задачи упругопластического деформирования многослойных оболочек вращения с учетом повреждаемости материалов при ползучести.
3. Результаты расчета напряженно — деформированного состояния характерных
оболочек вращения, полученные с помощью разработанной методики.
Достоверность полученных результатов базируется на использовании уравнений геометрически линейной теории многослойных оболочек и теории неизотермических процессов упругопластического деформирования элементов твердого тела по траекториям малой кривизны. Точность полученных результатов обоснована сравнением с известными решениями и применением апробированных приемов анализа вычислительных процедур прикладной математики.
Практическая ценность работы. Разработанная методика и программный пакет, реализованный на ее основе, могут быть использованы для расчета реальных конструкций в виде тонких многослойных оболочек вращения с учетом повреждаемости материалов при ползучести.
Реализация результатов. Разработанная методика и отдельные результаты, полученные с ее помощью, использованы на ТЭЦ г. Камышина, Волгоградской обл. при оценке долговечности многослойных конструкций.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на XXI и XXIII Российских школах по проблемам науки и технологий, проводимых Уральским отделением проблем машиностроения, механики и принципов управления РАН (г. Миасс, Челябинской обл., 2001, 2003 гг.), на Всероссийских конференциях «Прогрессивные технологии в обучении и производстве» (г. Камышин, Волгоградской обл., 2002 г., 2003 г.), Международной школе - семинаре «Современные проблемы механики и прикладной математики» (г. Воронеж, 2004 г.), Международной научно-технической конференции "Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ — 2004)" (Волгоград, 2004 г.). В целом результаты работы докладывались на заседании кафедры «Сопротивление материалов» ВолгГТУ, (Волгоград, 2001 - 2004 г.), а также на объединенном научном семинаре кафедр «Физика», «Технология машиностроения», «Общетехнические дисциплины» и «Высшая математика» КТИ ВолгГТУ (г. Камышин, 2004 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 142 страницах, включая 49 рисунков, списка использованной литературы из 124 наименований.
