Диссертация (1024982)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»На правах рукописиУДК 666.3Рудштейн Роман ИльичФизические свойства многослойных композиционных материаловэнергодвигательных установок космической техники и энергетикив условиях воздействия высоких термических и механическихнагрузок01.04.07 – Физика конденсированного состоянияДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководительд. ф.-м. н., профессорБондаренко Геннадий ГермановичМосква – 20152ОглавлениеСтр.Введение .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5Глава 1. Современное состояние проблемы создания конструк­ционных и функциональных материалов для использованияв термонагруженных узлах космической техники . . . . . .1.1. Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . .1.2. Многослойные композиты металл-оксид . . . . . . . . . . . .1.3. Способы изготовления многослойных композитов металл-оксид1.4. Анализ напряженно-деформированного состояния СКМ . . .1.5. Выводы к Главе 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .131516264347Глава 2. Моделирование термомеханических процессов в сло­истых композиционных материалах . . . . . . . . . . . . . . .2.1. Градиентная теория теплопроводности . . . . . . . . . . . . .2.2. Градиентная модель термоупругости . . . . . . . . . . . . . .2.3. Идентификация параметров градиентной модели . . . . .

. .2.4. Выбор рациональной структуры СКМ . . . . . . . . . . . . .2.5. Оценка термостойкости слоистого композитного материала .2.6. Выводы к Главе 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49495358657174Глава 3. Методика получения наноструктурированного слои­стого композита оксид алюминия-хром . . . .

. . . . . . . .3.1. Аттестация и подготовка исходных порошков . . . . . . . . .3.2. Технологическая цепочка получения СКМ . . . . . . . . . . .3.3. Исследование плотности образца СКМ . . . . . . . . . . . . .3.4. Исследования микроструктуры и элементного состава образцаСКМ . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .3.5. Исследования фазового состава образца СКМ . . . . . . . . .3.6. Исследование микротвердости слоев образца СКМ . . . . . .3.7. Выводы к Главе 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Глава 4. Экспериментальное исследование характеристик сло­истого композиционного материала оксид алюминия-хром4.1.

Модуль нормальной упругости и внутреннее трение . . . . . .4.2. Исследование предела прочности при изгибе СКМ . . . . . .4.3. Оценка трещиностойкости СКМ . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4. Исследование КТЛР СКМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.5. Исследование температуропроводности и термостойкости СКМ.Верификация модели . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .4.6. Выводы к Главе 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76767983848890929494961011011041073Стр.Глава 5. Конструктивная схема высокотемпературного узлатранспортировки газообразного теплоносителя в составе энер­годвигательных установок . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . 1095.1. Физическая модель ЭВТИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1105.2. Результаты численного моделирования теплофизических харак­теристик ЭВТИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1125.3. Экспериментальное исследование теплофизических характери­стик ЭВТИ. Верификация модели . . . . . . .

. . . . . . . . . 1175.4. Выводы к Главе 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119Основные выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124Список литературы4Перечень сокращенийКРКомбинационное рассеяние светаКТЛР Коэффициент термического линейного расширенияРКТ Ракетно-космическая техникаСКМ Слоистый композиционный материалТЗП Теплозащитное покрытиеТССД Теория сред с сохраняющимися дислокациямиЭВТИ Экранно-вакуумная теплоизоляция5ВведениеАктуальность темы исследования. Развитие и совершенствованиеракетно-космической техники, а также энергоустановок наземного назначе­ния в части создания изделий, узлов и агрегатов с улучшенными эксплу­атационными характеристиками и повышенными показателями качества инадежности неразрывно связано с разработкой и исследованием новых мате­риалов, обладающих необходимым для решения той или иной поставленнойзадачи набором физико-химических свойств.

Значительное расширение мас­штабов космической деятельности, потребность в существенном повышенииуровня энергообеспечения и усложнение задач, стоящих перед аэрокосмиче­ской и энергетической отраслями, обусловливают существенное возрастаниетребований, предъявляемых к применяемым материалам.Современные материалы ракетно-космической техники, обладая малойплотностью, должны выдерживать экстремальные нагрузки, вызванные какужесточением условий эксплуатации отдельных узлов летательного аппара­та (высокие температуры, давление, вибрационные нагрузки и т. п.), так ивоздействием всей совокупности факторов космического пространства на ап­парат в целом (воздействие радиации, космической пыли, потоков атомарногокислорода, продуктов собственной внешней атмосферы космических аппара­тов и т.

п.).Весь спектр сильных и зачастую резко меняющихся воздействий на кон­струкции и функциональные элементы оказывает существенное влияние наих структурные свойства и, как следствие, на надежность и ресурс энерго­двигательных установок различного назначения.Необходимо отметить, что эффективность преобразования энергии воз­растает с ростом температуры рабочего тела. Этим объясняется устойчиваятенденция к повышению температуры рабочего газа до 1 300 ℃ и выше в пер­спективных энергодвигательных установках космического и наземного назна­6чения, в особенности, использующих ядерную энергию (атомных установках,применяемых на борту космических аппаратов, атомных электростанциях,судах, подводных лодках и т. п.).В этой связи на сегодняшний день все большую актуальность приобре­тает проблема разработки и исследования конструкционных и функциональ­ных материалов, способных эксплуатироваться при столь высоких температу­рах и подходящих для применения в составе термонапряженных узлов высо­комощных энергетических установок космического и наземного назначения,таких как трубопроводы, турбонасосные агрегаты, камеры сгорания, соплаи т.

п. Материалы, традиционно применяемые для нужд аэрокосмической иэнергетической отраслей в недавнем прошлом (главным образом, металличе­ские сплавы), уже не способны в полной мере отвечать новым требованиям.Конструкционные материалы элементов турбонасосных агрегатов должныобладать высокотемпературной прочностью, виброустойчивостью, газоплот­ностью, устойчивостью к перепадам температур, трещиностойкостью, эрози­онной и химической стойкостью.

Функциональные материалы трубопрово­дов, в свою очередь, должны удовлетворять требованиям сверхнизкой тепло­проводности, достаточной механической прочности и стойкости к термоуда­ру при малых массогабаритных параметрах в условиях воздействия высокихтемператур.Необходимость достижения столь сложного сочетания физико-химиче­ских, функциональных и эксплуатационных свойств материалов ставит зада­чу проектирования и разработки конструкционных и функциональных ком­позитов с заданными характеристиками для нужд аэрокосмической и энерге­тической отраслей.К числу наиболее перспективных следует отнести класс многофазныхкомпозиционных материалов со слоистой анизотропной структурой (СКМ).Правильный выбор составляющих фаз композита, его структурных парамет­ров, технологии получения, а также методик исследования и прогнозирова­7ния его свойств и проведения испытаний, является ключом к решению задачипроектирования материала с наперед заданными свойствами.Степень разработанности темы исследования.

Работы по даннойтематике в последние годы активно ведутся как отечественными, так и зару­бежными научными группами. Тем не менее, основной акцент подавляющегобольшинства работ делается на исследовании свойств и характеристик полу­ченных композитов, в то время как работ, направленных на прогнозированиеи структурную оптимизацию термомеханических и теплофизических свойств,относительно немного. Кроме того, представленные модели не обладают до­статочной степенью универсальности и носят феноменологический характер.Цели и задачи диссертационной работы: Основной целью рабо­ты является разработка единого комплексного подхода к проектированиюи созданию высокотемпературных СКМ с повышенными конструкционны­ми, функциональными и эксплуатационными показателями для примененияв условиях интенсивных и резко меняющихся тепловых воздействий в соста­ве узлов энергетических и двигательных установок космического и наземногоназначения.Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:1.

Обоснование выбора и адаптация физико-математической модели, поз­воляющей описывать закономерности протекания теплофизических и термо­механических процессов и явлений в структуре слоистых композитов, и прове­дение идентификации параметров модели на основе экспериментальных дан­ных для расчета зависимостей основных величин, характеризующих указан­ные процессы, с необходимой степенью достоверности и точности. Выработкакритериев оценки прочности и термостойкости разрабатываемого материала.2. Создание численных алгоритмов и разработка программного комплек­са, обеспечивающего автоматизацию вычислительного процесса при расчетахс использованием адаптированной физико-математической модели и отвеча­ющего требованиям гибкости конфигурации, достаточного быстродействия,8эффективности и удобства пользовательского интерфейса.3.

Разработка алгоритма оптимизации структуры СКМ в рамках моде­ли и определение оптимальных параметров композитов с наперед заданнымисвойствами посредством численного моделирования.4. Разработка универсального многоэтапного технологического способаполучения СКМ с требуемыми структурными параметрами.5. Выбор системы составляющих компонентов, изготовление опытныхобразцов СКМ. Проведение серии экспериментальных исследований и ис­пытаний теплофизических и термомеханических характеристик образцов по­лученного материала.

Подтверждение корректности выбранных параметровтехнологического цикла. Сопоставление результатов экспериментальных ис­следований с результатами численного моделирования. Верификация исполь­зованной модели, анализ ее погрешностей и границ применимости.Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что наоснове адаптированных подходов и теоретических моделей разработан уни­версальный алгоритм прогнозирования свойств СКМ и технологический спо­соб их получения.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации