Введение к работе
Диссертационная работа посвящена постановке и решению задачи о взаимодействии цилиндрической оболочки с твердым телом з температурном поле при неидеальном контакте.
Актуальность темы, Цилиндрическая оболочка один из раиболее распространенных элементов технических конструкций. Примером обо-лочечных конструкция, работающих в условиях высоких градиентов температур могут служить: оболочки ТВЭЛов атомных реакторов, корпуса ракет и реактивных двигателей, балоны и элементы электро-ва-куумных приборов и.т.п. Вопросы прочности таких конструкции рас-рассмотрены в работах Ваганова В.Л., Гольденблата И. И., Балабуха Л. К. , Колесникова К. С., Гузя А. Н., Черньшенко И. С. , Кокарева Л. С., Харитоноаа В.В.. Лихачева Ю. Н, Пупко 3-Я. и ар.
Контактное взаимодействие один из каиболе распространенных видов передачи нагрузки в механике деформируемого твердого тела. Контактные задачи теории упругости в классической постановке рассмотрены в-монографиях Галина Л. А. и Штайермана И. Я.. Более сложные Снеклассические) контактные задачи рассмотрены Александровым В. М. , Воровичем И. И. ,' Гузем А. Н., Бабичем С. Ю., Рзачевкм В. Л., Проценко В. С. и др. Контактные задачи для цилиндрических оболочек наиболее полно представлены в работах Григолюка Э.М., Толкачева В.М. , Пелеха Б. Л. Сухорольского М. А., Моссаковского В. К., Гудрамо-вича В. С. , Львова Г. И. и др.
В работах .Подстригача Я. С., Коляно Ю. Н. рассмотрена термоупругая задача о контакте оболочки с твердым телом через теплопроводный слой, при этом считалось, что толщина'слоя придеформировании оболочки остается неизменной уі условия теплообмена между кон-тактируемыми телами не изменяются.. В ряде случаев в конструкциях, работающих в условиях температурного нагружения и.стесненных деформаций, возникает необходимость учитывать изменение условий теплообмена между контактируемыш телами при их деформировании. Автору неизвестны работы, в которых термоупругие контактные задачи для оболочек, решались бы в такой постановке.
В настоящей работе предпринята попытка приближенно учесть связь температурных и механических полей в оболочке, деформирующейся при стационарном термомеханическом нагружении.
ч.
Учитывая это, тему диссертационной работы, посвященную решению термоупругой контактной задачи для цилиндрической оболочки с учетом изменения условий теплового контакта, следует считать актуальной.
Цель работы состоит в исследовании термонапряженного состояния цилиндрической оболочки, взаимодействующей с твердым телом, с учетом изменяющихся условий теплового контакта, вклячая :
-
Постановку задачи в виде системы дифференциальных уравнений теории термоупругости с ограничениями в виде неравенств.
-
Разработку методики решения поставленной задачи.
-
Численное решение некоторых контактных задач термоупругости с односторонними ограничениями.
-
Исследование термомеханических эффектов, возникающих при термоупругом стесненном деформировании оболочки.
Научная новизна работы заключается в решении контактной задачи для оболочки с учетом изменения условий теплового контакта при стационарном термомеханическом нагрукении. В частности новыми в работе являются :
-
Математическая постановка задачи о термоупругом контакте цилиндрической оболочки с твердым телом с учетом изменения условий теплообмена в процессе деформирования оболочки.
-
Методика решения поставленной задачи, заключающаяся в сведении задачи к системе нелинейных интегральных уравнений типа Гам-мерштейна с ограничениями в виде неравенств и решения этой системы численным методом.
-
Алгоритм решения контактной термоупругой задачи с односторонними ограничениями и учетом изменяющихся условий теплового контакта.
-
Численные результаты решения поставленной задачи и результаты исследования влияния параметров системы на терыонапрякенное состояние оболочки к условия теплового контакта.
Достоверность выбранной расчетной схемы, метода исследования и полученных результатов обеспечивается использованием обоснованных методов решения, разработкой надежных алгоритмов численной реализации, теоретическим доказательством их сходимости, проведением численных эксперементов, сравнением численных результатов с данными аналитического решения тестовых примеров простейших задач о
температурном, механическом и контактной нагружении оболочки. Для задачи в новой постановке о термомеханическом неидеальном контакте, результаты качественно согласуются с основными законами механики оболочки.
Практическая значимость результатов диссертационной работы. Разработана методика и алгоритм решения на ЭВМ 'задачи о неидеальном термоупругом контакте цилиндрической оболочки с учетом изменения, условий теплового контакта ее с твердым телом. Исследовано влияние параметров и граничных условий термомеханической системы оболочка-теплопроводный зазор на НДС оболочки и условия теплового контакта ее с поверхность» преграды.
Установлено, что при расчетах тонких оболочек, испытывающих стесненные температурные деформации, необходимо учитьшать взаимное влияние температурных и механических полей. В особенности это ваяно при локальных температурных нагружениях и для оболочек с закрепленной границей.
Разработанная методика может быть использована при расчетах на прочность и термическую стойкость тонкостенных оболочных конст-эукций" типа ТВЭЛ. При этом основанием для расчетов является упро-ценные модели плоской термоупругой задачи, что значительно снила-5Т громоздкость вычислений.
На основании проведенных исследований разработаны рекоменда-іии по оптимизации параметров рассматриваемой термомеханической :истеда.
Апробация.работы. Основные результаты диссертационной работы укладывались и обсуждались на: научной конференции преподавателей АДИ (кафедра строительной механики г.Харьков 19893; XVI-ой научной онференции молодых ученых Института механики АЯ Украины (г.Киев 991). В законченом виде диссертационная работа обсуждалась на се-инаре отдела динамики и устойчивости сплошных сред Института ме-аники АН Украины (руков. академик АН Украины Гуэь А.Н.).
Публикации. Основные результаты диссертации отражены в рабо-ах [1-53.
Обьем роботы. Диссертационная работа состоит из введения, че-jpex глав, заключения и списка литературы.
Автор выражает благодарность своим научным руководителям: садемику АН Украины Александру Николаевичу Гузо и к.т.н.
Владимиру Васильевичу Зозуле за постоянное внимание к работ и ценные советы з коде ее выполнения.