Инженерный анализ несущей способности и ресурса трубчатых элементов конструкций при нестационарном термомеханическом нагружении (1095022), страница 14

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

Текст из файла (страница 14)

Предложенныйалгоритмрасчетавеличинынакопленныхповреждений и ресурса учитывает особенности сложных условийэксплуатацииобъектаисследований,обладаетдостаточнойобщностью для оценки аналогичных объектов в химической исмежных областях промышленности.2. Разработанный программный комплекс LifeCycle удовлетворяет всемосновным критериям качества (наличие комплекса необходимых идостаточных вычислительных процедур, простота обслуживания,удобство ввода информации, наличие графического инструментариядля визуализации результатов расчета, поддержка создания отчетов,расширяемость) и позволяет выполнять инженерный анализ ресурсатрубчатых элементов конструкций.107Глава 4 КОМПЬЮТЕРНЫЙ АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ ИРЕСУРСА ТРУБЧАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙВ главе описывается проведение и результаты исследования, связанногос определением влияния одновременного воздействия нескольких видовнагрузки на накопление повреждений в трубчатых элементах конструкций.

Вкачестве образца был выбран кожухотрубчатый теплообменник.Приведены результаты численного исследования для анализа несущейспособности и располагаемого ресурса трубчатых элементов конструкций.Вычисления выполняли с использованием программного комплекса «LifeCycle». Численные исследования проводили для разных режимов работы,рассматривалось пульсирующее и знакопеременное нагружение.Скорость накопления повреждений представлена в виде функции  f ( X , Y ) , где- управляемые параметры, а YX- неуправляемые.Зависимости от режима нагружения управляемые и неуправляемые могутбыть разными. При жестком нагружении управляемым параметром являетсявеличинадеформации,анеуправляемымнапряжение,примягкомнагружении наоборот.Приналичиивнутреннегодавлениявтрубчатомэлементетеплообменника с незакрепленными трубными решетками возникает ещеодна нагрузка - осевое усилие.

Для каждого значения давления в программевычисляется соответствующее значение осевого усилия.4.1Условия численного экспериментаС помощью программного комплексачисленныхтрубчатыхэкспериментовэлементовнестационарногопо«Life Cycle» выполнили рядисследованиюоборудования,термомеханическогорасполагаемогоработающихвоздействия.Привресурсаусловияхиспытаниях108принималиследующиезначенияфизико-механическиххарактеристикконструкционного материала: модуль упругости E = 2·105; коэффициентПуассона µ = 0,3; предел текучести  ò0 = 240 МПа при температуре 20º С;предел прочности  â = 500 МПа;dE= –100;dTR p *p= – 0,114;R pT= 0;gp=6670 – 2T; me = 0.12; m p = 0,5.Опытные образцы нагружали циклически изменяющимися во времениосевым усилием P и внутренним давлением q при температуре T = 0 –300ºС. Исследования проводили при трех режимах нагружения (Рисунок4.1.).Рисунок 4.1 – Режимы нагружения трубчатого элементаПервый режим характеризуется синхронным изменением во времениосевого усилия и внутреннего давления.

При испытаниях во втором режиметрубчатый элемент сначала нагружали осевым усилием, а затем повышаливнутреннее давление. В третьем режиме порядок нагружения изменяли наобратный. Во всех трех режимах осевое усилие изменяли во времени познакопеременному циклу, внутреннее давление – по пульсирующему циклу.1094.2Исследование скорости накопления повреждений присинхронном изменении во времени осевого усилия ивнутреннего давления.На рисунке 4.2 представлены графики скорости накопления усталостныхповреждений для первого режима нагружения при циклическом синхронномизменении осевого усилия и внутреннего давления для различных значенийпараметров k z   za /  ò0и ktz =  ta /  za , где  ta и za – амплитудныезначения кольцевых и осевых напряжений в трубчатом элементе.Рисунок 4.2 – Скорость накопления повреждений (первый режимнагружения)(1 – ktz = 0,1; 2 – ktz = 0,2; 3 – ktz = 0,3; 4 – ktz = 0,4; 5 – ktz = 0,5)4.3Исследование скорости накопления повреждений приочередном нагружении осевым усилием и внутреннимдавлением.На рисунке 4.3 представлен график скорости накопления усталостныхповреждений для второго режима нагружения изделия.

При испытаниях во110втором режиме трубчатый элемент сначала нагружали осевым усилием, азатем повышали внутреннее давление. Осевое усилие изменяли во временипо знакопеременному циклу, внутреннее давление – по пульсирующемуциклу.Рисунок 4.3 – Скорость накопления повреждений (второй режимнагружения)(1 – ktz = 0,1; 2 – ktz = 0,2; 3 – ktz = 0,3; 4 – ktz = 0,4; 5 – ktz = 0,5)4.4Исследование скорости накопления повреждений приочередном нагружении внутренним давлением и осевымусилием.В третьем режиме порядок нагружения изменяли на обратный. Во всехтрех режимах осевое усилие изменяли во времени по знакопеременномуциклу, внутреннее давление – по пульсирующему циклу.На рисунке 4.4.

представлен график скорости накопления усталостныхповреждений для третьего режима нагружения изделия.111Рисунок 4.4 – Скорость накопления повреждений (третий режимнагружения)(1 – ktz = 0,1; 2 – ktz = 0,2; 3 – ktz = 0,3; 4 – ktz = 0,4; 5 – ktz = 0,5)Сопоставление результатов численного эксперимента, позволяет сделатьвывод, что скорость накопления усталостных повреждений в материалеизделия существенно зависит от режима нагружения. Наибольшая скоростьнакопления повреждений соответствует второму режиму нагруженияизделия. Наименьшее повреждающее воздействие характерно для третьегорежима. При этом в третьем режиме нагружения наблюдается обратнаязависимость скорости накопления повреждений от параметра по сравнениюс первым и вторым режимами.112Выводы по главе1.

Компьютерный анализ показал, что придеформированиеисследуемогоизделияkz<1 циклическоенесопровождаетсяпластическим течением, и усталостное повреждение определяетсяупругими деформациями. Основное повреждающее воздействиеопределяетсяпластическимидеформациями.Влияниеупругихдеформаций на скорость накопления повреждений не превышает10%.В первом и втором режимах нагружения повышеннымзначениям параметрасоответствуют повышенные скоростинакопления усталостных повреждений.2. Сопоставление результатов численного эксперимента, позволяетсделать вывод, что скорость накопления усталостных повреждений вматериале изделия существенно зависит от режима нагружения.Наибольшаяскоростьнакопленияповрежденийсоответствуетвторому режиму нагружения изделия. Наименьшее повреждающеевоздействие характерно для третьего режима.

При этом в третьемрежиме нагружения наблюдается обратная зависимость скоростинакопления повреждений от параметрапо сравнению с первым ивторым режимами.3. Предложенный программный комплекс позволяет получить решениеряда новых задач по расчету и исследованию трубчатых элементовконструкций,работающихвусловияхнестационарноготермомеханического воздействия.

В отличие от шаговых методоврасчета кинетики упругопластического деформирования изделий,предлагаемый метод делает возможным применение апробированныхвычислительных методов, позволяющих обеспечить устойчивостьсчета и сходимость численного решения задачи, получить надежнуюрасчетнуюоценкупогрешностирезультатоввычислений.В113частности, предложенный метод открывает путь к решениюпрактическихоборудованиязадачсоптимизациицельюснижениярежимовэксплуатацииинтенсивностипроцессовупругопластического деформирования и накопления усталостныхповреждений в материале изделий.114ЗАКЛЮЧЕНИЕВ результате выполненных в настоящей работе исследований решенаважная научно-техническая задача обоснования работоспособности и ресурсатрубчатых элементов конструкций.На основе теории неизотермического пластического течения с линейныманизотропным упрочнением разработаны метод и алгоритм расчетанакопленных повреждений и ресурса трубчатых элементов конструкций сучетомнестационарныхтермомеханическихнагрузок.Предложенаматематическая модель кинетики процесса накопления повреждений вконструкционном материале.Численнаяреализацияразработанногометодарасчетаресурсатрубчатых элементов конструкций осуществлена в виде математического ипрограммного обеспечения для ЭВМ.Методамичисленногоэкспериментаисследованыхарактерныеособенности работы трубчатых элементов конструкций.

Экспериментыпозволили подобрать такой порядок нагружения конструкции, при которомповрежденность снижается в среднем на 40% по сравнению с другимивозможными вариантами нагружения.Результатычисленногоэкспериментапозволяютоптимизироватьпроектирование трубчатых элементов конструкций, уменьшая толщинустенки или применяя разные материалы, снижая тем самым стоимостьконструкции для требуемого ресурса конструкции.Результатыпрактическиевыполненныхрекомендацииисследованийпоповышениюпозволилинадежностиразработатьтрубчатыхэлементов конструкций. Разработанный метод и алгоритм инженерногоанализа надежности и ресурса конструкционных элементов обладаютдостаточной общностью для оценки и прогнозирования ресурса аналогичныхобъектов в химической и смежных отраслях промышленности.115СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.

АнтоновВ.А.Сопротивлениемалоцикловомудеформированиюнержавеющей стали при вариациях вида напряженного состояния /В.А. Антонов, В.Г. Малинин, А.В. Хмельницкий. – 378 с.2. АхметзяновМ.Х.Основыприкладнойтеорииупругостиипластичности: Учебное пособие / М.Х. Ахметзянов, Б.М. Зиновьев. –Новосибирск: Изд-во Сибирского государственного университетапутей сообщения (НИИЖТа), 2000. – 308 с.3. Бахвалов Н.С. Численные методы / Н.С. Бахвалов. – М.

: Наука, 1975. –632 с.4. Беляев Н.М. Сопротивление материалов / Н.М. Беляев. – М. : Наука,1976. – 608 с.5. Березин И.Я. Сопротивление материалов. Усталостное разрушениеметаллов и расчеты на прочность и долговечность при переменныхнапряжениях. Учебное пособие / И.Я. Березин, О.Ф. Чернявский. –Челябинск : Изд-во Южно-Уральского государственного университета,2004. – 76 с.6. Бидерман В.Л. Механика тонкостенных конструкций / В.Л.

Характеристики

Список файлов диссертации