Введение к работе
Актуальность темы.
В современных условиях эксплуатации техники существующие и вновь создаваемые приборы, аппараты и конструкции испытывают нагрузки, имеющие различную природу, интенсивность, сложный характер изменения и взаимного влияния во времени и пространстве. Наиболее существенный для оценки прочности конструкций класс представляют квазистатические нагружения, при которых время приложения и воздействия нагрузок (силовых, температурных и т.д.) соизмеримо или превышает характерное время, соответствующее минимальной частоте собственных колебаний конструкции, т.е. волновыми эффектами можно пренебречь.
В настоящее время многие реальные конструкции должны выдерживать высокие нагрузки, которые приводят к образованию локальных зон необратимых деформаций и нарушения сплошности материала. Кроме того, в последнее время появляются задачи об оценке ресурса прочности конструкций после их длительной эксплуатации. Отсюда следует необходимость исследования поведения конструкций с учётом эффектов пластичности, ползучести и разрушения. Проблема эксплуатации конструкций до потери несущей способности тесно связана с учётом взаимодействия эффектов нелинейного поведения материала (физической нелинейности) с эффектами влияния большого формоизменения конструкции (геометрической нелинейности). Таким образом, реальная оценка несущей способности конструкции предполагает учёт влияния большого числа физико-механических эффектов, каждый из которых приводит к необходимости решения сложных нелинейных задач. Понятно, что комплексный учёт этих эффектов и их взаимного влияния делает проблему существенно сложнее. Представляется, что её эффективное решение возможно лишь при наличии достаточно развитых вычислительных средств.
. Цель исследований. Создание эффективной численной методики и программных средств для исследования в геометрически нелинейной постановке процессов упруговязко-
пластического деформирования, разрушения и оценки несущей способности конструкций при квазистатических термосиловых нагружениях на основе развития модели повреждённой среды, численных схем и алгоритмов решения нелинейных задач механики деформируемых тел с использованием МКЭ.
Защищаемые положения работы.
-
Развитие математических моделей, численных схем и алгоритмов решения на основе МКЭ геометрически нелинейных задач деформирования и разрушения конструкций с учётом взаимного влияния эффектов пластичности, ползучести и развивающейся повреждённое при квазистатических термосиловых нагружениях.
-
Разработка алгоритмов исследования прочности и несущей способности элементов и узлов конструкций при квазистатических термосиловых нагружениях.
-
Развитие функциональных возможностей используемой модели повреждённого материала и реализация в её составе ряда альтернативных частных моделей, описывающих процессы упругопластического деформирования, ползучести и накопления повреждений.
-
Создание программных средств решения геометрически и физически нелинейных задач квазистатического деформирования , разрушения и оценки несущей способности конструкций при термосиловых (в том числе циклических) нагружениях в дву - и трёхмерной постановках.
-
Исследование нелинейных процессов упруговязкопластического деформирования и разрушения элементов конструкций с учётом эффектов геометрической нелинейности и влияния развивающейся повреждённое на характеристики процесса деформирования.
Научная новизна.
Создана эффективная численная методика для исследования на основе МКЭ процессов необратимого деформирования, разрушения и оценки несущей способности конструкций при квазистатических термосиловых нагружениях с учётом геометрической нелинейности, эффектов упруговязкопластического поведе-
ния материала и влияния развивающейся в материале повреждённое на характеристики процесса деформирования. Получены новые результаты в области исследования деформирования, разрушения, потери несущей способности ряда практически важных задач.
Достоверность результатов.
Проверка достоверности предлагаемой методики расчёта деформирования и разрушения конструкций при квазистатических термосиловых напруженнях осуществлялась контролем сходимости численных решений, решением тестовых задач, сравнением результатов с известными экспериментальными данными и результатами аналитических и численных решений, имеющихся в литературе.
Практическая ценность.
Разработанные алгоритмы и программы, результаты численного исследования процессов квазистатического деформирования и разрушения конструкций при квазистатических термосиловых напруженнях могут быть использованы в практике научных, проектных и конструкторских организаций на стадии проектирования и анализа ресурса прочности уже работающих конструкций. Результаты работы внедрены в расчётную практику заинтересованных организаций в виде научно-технических отчетов (№ ГРХ35838 инв.№ Е66447, № ГРХ35668 инв№ Е70953, Е62617, Е67660, Е70953).
Диссертационная работа выполнена в соответствии с научно-технической программой Министерства общего и профессионального образования РФ «Университеты России», а так же в соответствии НТР Минатома РФ «Безопасная ядерная энергетика».
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на: VI Всесоюзной школе «Теоретические основы и конструирование численных алгоритмов решения задач математической физики» (Горький, 1986); II Всесоюзной конференции «Численная реализация физико-механических задач прочности» (Горький, 1987); II Всесоюзной конференции «Проблемы снижения материало-
емкости силовых конструкций» (Горький, 1989); III Забабахинских научных чтениях (Челябинск-70, 1991); XVI Международной конференции по теории оболочек и пластин (Н.Новгород, 1993); Всероссийском симпозиуме «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» (Москва, 1995); XVII Международной конференции по теории оболочек и пластин (Казань, 1996); III - IV Международных симпозиумах «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» (Москва, 1997 -1998).
Публикации.
Основное содержание диссертационной работы отражено в работах /1 -15/.
Структура и объём работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Основной печатный текст занимает 105 страниц, 28 страниц занимают иллюстрации (50 рисунков), 21 страница - список литературы (172 наименования).