Введение к работе
Актуальность
Листовые элементы сварных конструкций, работающих под давлением, находят широкое применение в различных областях народного хозяйства. Значительная часть оборудования для теплоэнергетической, нефтяной и химической промышленности представляет собой трубопроводы и крупногабаритные сосуды давления. R их числу можно отнести и барабаны котлов, резервуары, корпуса . теплообменных аппаратов.
Как известно, производство и эксплуатация таких конструкций на практике сопряжены аачасту» с появлением и развитием различного рода дефектов, которые в конечном итоге и приводят к выходу их из строя. Кроме этого, сяюеяие долговечности конструкций нередко связано с особенностями конструктивного оформления ее элементов. Очевидно, своевременное выявление дефектов и адекватная оценка влияния их на прочность элементов конструкций позволят существенно повысить их надежность. Выявление различных дефектов на практике осуществляется известными методами дефектоскопии.
Как известно, при оценке прочности, элемента конструкции ключевым моментом является исследование его напряженно - деформированного состояния. Таким образом, разработка эффективных методов расчета листовых элементов конструкций при учете различных технологических и эксплуатационных дефектов представляет значительный интерес как с точки зрения дальнейшего развития фундаментальных исследований в области строительной механики, так и в связи с обширными приложениями на практике.
На схеме (рис.1) представлена классификация, дефектов, являвшихся объектом настоящего исследования. Данная схема отражает содержание диссертации и позволяет проследить логическую связь ее разделов.
Влияние технологических и эксплуатационных факторов на прочность упругих элементов конструкций
Технологические
Эксплуатационные
Трещины
9 2.
В: о і с !
*<
8 о
Комплексное влияние факторов на прочность
Трешины а местах перехода от сварного шва к основному металлу
Трещины
в поле
динамических
нагоувок
Трещины
в поле
остаточных
напряжений
Внутренние
трещины в
толстостенно
трубе
Рис. 1
Цель работы
На основе формулировки адекватных математических моделей и разработки соответствующего математического аппарата для их анализа осуществить комплексный подход к исследовании напряженно- деформированного состояния упругих элементов конструкций с учетом влияния наиболее характерных технологических и эксплуатационных факторов.
Для этого необходимо:
-
Сформулировать цикл соответствующих трехмерных задач теории упругости, их плоских, осесимметричных и одномерных аналогов в строительной механике.
-
Разработать и развить эффективные методы сведения рассматриваемых задач к соответствующим дифференциальным и интегральным уравнениям а также аналитические и численные методы построения решений (в том числе и разрывных) полученных уравнений. Обослованиеы используемых и развиваемых математических методов а также взаимным тестированием аналитических и численных результатов установить их достоверность.
а В результате исследования напряженно-деформированного состояния представить качественные и количественные оценки влияния дефектов различной природы на напряженно-деформированное состояние элементов конструкций. С позиции силового критерия разрушения оценить взаимное влияние пространственных систем трещин, исследовать комплексное влияние различных факторов на прочность и выработать соответствующие рекомендации.
Научная новизна
Проведено систематизированное исследование влияния комплекса характерных негативных технологических и зксплуатацион-
ных факторов на валряженно-деформированное состояние упругих элементов конструкций При этом:
-
Получили существенное развитие известные методы интегральных преобразований и обобщенных интегральных преобразований в трехмерных задачах теории, упругости со смешанными граничными условиями для неограниченных и полуограниченных тел.
-
Разработан обобщенный метод рядов Фурье - построения разрывных решений задач механики для ограниченных тел.
а Для двумерных сингулярных интегральных уравнений пространственных многопараметрических задач теории трещин развиты известные асимптотические методы "большого" и "малого параметра", метод ортогональных полиномов, вариационный метод.
-
Исследование концентрации напряжений, обусловленной дефектами различного-характера и происхождения, с помощью метода конечных элементов осуществляется по единой методике, путем выделения множителя при соответствующей особенности.
-
Впервые получены решения обширного круга пространственных задач теории упругости для тел с трещинами и включениями.
Практическая значимость работы обусловлена широким кругом решенных задач, имеющих важное практическое значение в области проектирования крупногабаритных металлических конструкций ответственного назначения и диагностики их состояния на стадии эксплуатации с точки зрения учета технологических и эксплуатационных дефектов.
Результаты представлены в виде простых по структуре формул, графиков и таблиц, удобных для инженерных расчетов. Имеются пакеты программ, реализующих разработанные численные ал-
- 7 -ритмы. Отдельные результаты внедрены в производство и учеб-й процесс.
На защиту выносятся "1. Методы решения цикла задач строительной механики, мо-лируюших упругие элементы конструкций, ослабленных техноло-ческими и эксплуатационными дефектами.
-
методы построения и решения интегральных уравнений кла пространственных задач теории упругости со смешанными аничными условиями.
-
Результаты качественного и количественного анализа мплексного влияния дефектов различной природы на прочность.
Апробация работы
Результаты исследований докладывались и обсуждались на'
V и VI Всесоюзных съездах по теоретической и прикладной ханике, Алма-Ата, 1981 г., Ташкент, 1985 г.;
Всесоюзной конференции."Теория упругости,и вяэкоупруго-и", Ереван, 1982 г.
Всесоюзной конференции "Теория упругости", Тбилиси,1984г.
Всесоюзном семинаре ИШ АН СССР под руководством акад. утюняна ЕХ и проф. Александрова RM.,' 1984г.
II , III и IV Всесоюзных конференциях "Сметанные задачи ханики деформируемого тела", Днепропетровск,1981 г., Харьков, 85 г., Одесса, 1989 г.;
Всесоюзной конференции "Современные проблемы механики нтактных взаимодействий", Ереван, 1992 г.
Семинаре кафедры Теории упругости РГУ под руководством ад. Воровича И. И., 1994г.
- 8 -,
Объединенных семинирах кафедр механики в Ростовской гос; дарственной академии строительства, Ростовском государственна архитектурном институте, Новочеркасском политехническом инети туте, Высшем военном командном инженерном училищэ ракетньс войск, 1993г., 1994г.
Научном семинаре кафедры Сварочного производства Донского государственного технического университета, 1994Г.
Публикации.
По теме диссертации опубликована монография "Тонкие концентраторы напряжений в упругих телах."- М.: Наука, Яизматлит, 1993. (в соавторстве с Александровым ЕМ., Сметаниным ЕЙ.), 2' научных работ (18 из них - в центральной академической печати]
Объем работы.