Диссертация (1144175), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Начальное давление в газовом пузырезаметно уменьшается после излучения ударной волны, но всё еще остаётсязаметно больше равновесного гидростатического давления. Вода вблизигазового пузыря вскипает. Кроме того, она обладает значительной радиальнойскоростью, вызванной как прошедшей ударной волной, так и давлением газов.Поэтому диаметр пузыря в начальной стадии расширения резко возрастает.Расширение пузыря продолжается в течение сравнительно продолжительного15времени. По мере расширения внутреннее давление газов (продуктов взрыва)внутри пузыря постепенно падает, но вследствие инерции расходящегося потокаводы расширение продолжается и после того, как давление падает нижеравноосного значения. После прекращения расширения начинается сжатие снепрерывно увеличивающейся скоростью, продолжающееся до тех пор, покавозрастающее давление в газовой сфере не остановит процесс сжатия, после чегоопять начинается расширение.
В зависимости от условий количество вторичныхпульсаций, распространяющихся со скоростью звука, может достигать десяткизначений. Давление в воде при пульсациях достигает максимального значения вмоменты, когда скорость расширения или сжатия пузыря максимальна, т.е. приприближении его радиуса к минимальному значению (в эти моменты сжатиескачкообразно сменяется расширением). Отметим, что смена знака давленияможет привести к экспериментально наблюдаемому увеличению амплитудыимпульса растяжения до значений, превышающих максимальные скоростиповерхности пузыря [10]С другой стороны, кавитационные процессы и кипение превращаетжидкость в двухфазную газо- и парожидкостную среду.
Появление в сплошнойжидкостиподобныхдисперсных«частиц»дажемалойконцентрациисущественно меняет характер распространения в ней ударных волн и волновыепроцессы в целом. Изменение параметров волновых процессов приводит квозникновениюдополнительныхлокальныхмеханизмовнагруженияиразрушения взаимодействующих с такой жидкостью конструкций.Материаллюбыхконструкцийтакженеоднороденнамикро-мезомасштабных структурных уровнях, поскольку, как правило, включает врассеянные микродефекты – как начального, технологического происхождения(микропоры, микротрещины, жесткие включения и т.п. [11]), так ипоявляющиеся в процессе нагружения первичной ударной волной.Все эти микроповреждения оказывают влияниенареологическиеипрочностные свойства материалов и, объединяясь в кластеры, приводят к16появлениюмагистральныхтрещиникатастрофическомуразрушениюконструкций.
В принципе, такие микроповреждения можно рассматривать вкачестве дисперсных частиц, а деформируемую среду можно представить ввиде двухфазной жидкости с очень вязкой несущей фазой [12].Таким образом, наиболее опасной может оказаться не первичная ударнаяволна, а последующие волны, которые индуцируются пульсациями газовогопузыря.
Кроме того, возникает проблема обеспечения прочности при ударноммалоцикловом нагружении корпуса и конструктивных элементов АНПА.При высокоскоростных ударных взаимодействиях динамическая реакциядвухфазныхсредпредставляетсобойсовокупностьвзаимосвязанныхмежфазовых и внутрифазовых явлений и процессов различной физическойприроды и различных пространственно-временных масштабов.
К сожалению,последовательного экспериментального изучения этих явлений в настоящеевремя нет. Отсутствуют и теоретические модели их описания.Все вышеописанные явления относятся и конструктивным элементамподводных аппаратов, в особенности внешних элементов: кингстоны, элементыкрепления и др. Ряд внутренних элементов, в частности, трубопроводы и ихарматура, электроприводы и т.д., хотя подвергаются динамическим нагрузкам вменьшей степени, однако имеют некоторые другие специфические особенности,например, элементы трубопроводной арматуры практически постоянноподвергаются действию проточной морской воды со скоростью потока до 10 м/с,на них также воздействуют гидроудары и некоторые другие виды ударных ивибрационных нагрузок.
На рис. 1.1 и 1.2 приведены конструкции кингстонов,которые являются неотъемлемой частью любых подводных аппаратов.Практически все кингстоны имеют ряд недостатков, которые приводят к ихдостаточно частому выходу из строя, а именно: проточная часть кингстона имеетсложную конфигурацию, с элементами, в которых застревают водоросли идлинномерные частицы.
Поток среды охватывает шток и наматывает на неготакие предметы. Промывка системы или прокачка среды через кингстон не17устраняет загрязнение. При неоднократных срабатываниях кингстона с цельюсломать или разрушить предмет, попавший в зону уплотнения, конструкцияиспытывает не расчетные нагрузки – изгиб и растяжение штока. В результатепроисходит заклинивание иразрыв штока.Рис. 1.1. Кингстон типа РN 40На рис. 1.3. приведена конструкция серийного клапана бортового сгидроприводом и ручным управлением ИПЛТ.492211.021-01(587-35.9225-01).Моделирование поведения конструктивных элементов аппарата во времядействия всех вышеприведенных нагрузок требует уточнённых (по меньшеймере), по сравнению с традиционными, физико-математических моделей.Отсутствие же моделей и требуемых для этих моделей динамическиххарактеристик материалов вынуждает конструкторов и проектировщиков ПА иих узлов, и элементов существенно завышать коэффициенты запаса припроектировании рассматриваемых изделий.18Кроме необходимого сопротивления действию различных нагрузок кэлементам арматуры предъявляются требования по высокой коррозионнойстойкости и высокой износостойкости.
Высокая коррозионная стойкостьматериалов элементов арматуры связана, в частности, и с тем, что последниенаходятся не просто под действием агрессивной морской среды, а под действиемдвижущейся со скоростью 5 – 7 м/с морской воды, что приводит квозникновению так называемой кавитационной коррозии, способствующейускоренному разрушению металлов.«эффективность– стоимость»В рамках глобального критерияматериалы, применяющиесядляихизготовления, не являются материалами эксклюзивного типа. По большей частиРис. 1.2. Кингстон типа РN 100ониотносятсякклассуширокоиспользуемыхвподводномсудо-аппаратостроении металлов и сплавов (углеродистые стали, нержавеющие19Рис.
1.3. Клапан бортовойстали 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, титановый сплав 3М, различные маркибезоловяностой бронзы, высокопрочные чугуны). Поэтому выполнение двухвышеуказанных требований обеспечивается, как правило, за счёт нанесенияантикоррозионных покрытий (не лакокрасочного типа) и обеспечения высокогокачества поверхности.Дляповышениякоррозионнойстойкостиуглеродистыхсталейприменяются азотирование (различного вида) поверхности деталей и некоторыевиды защитных гальванических (катодных) покрытий.Для повышения коррозионной стойкости и износостойкости, а такжеповышения надёжности в целом, элементов судовой арматуры, изготавливаемыхиз других видов металлов и сплавов, в настоящее время широкое применениенашли методы газотермического напыления. К таким методам относятся:детонационноенапыление;высокоскоростноепорошковоенапыление;плазменное напыление на воздухе с использованием таких плазмообразующихгазов, как аргон, гелий, воздух; газоплазменное напыление, а такжеэлектродуговая металлизация и наплавка.20Считается [13, 14], что эти методы имеют существенное преимуществоперед гальваническими покрытиями: повышенную устойчивость к коррозии,истиранию, ударам, более высокая долговечность и надёжность и, наконец,болеенизкаястоимость.Крометого,технологическиепроцессыгазотермического напыления обладают большей экологической чистотой поотношению к гальваническим покрытиям.
Однако у них имеются и недостатки:низкая производительность, достаточно высокая пористость, неравномерностьтолщины покрытия.В настоящее время достаточно бурно развиваются и другие виды созданияантикоррозионностойких и износостойких состояний поверхности деталей, речьо которых пойдёт в разделе 1.2.1.2.Особенности обработкипотоками энергииматериаловконцентрированнымиКонцентрированные потоки энергии (КПЭ), которые могут быть созданылазерными, ионными и импульсными электронными пучками, воздействуя наповерхностьдеталей,способствуютбыстрымструктурно-фазовымпревращениям в поверхностных слоях металла (модификация поверхностиматериала) [15 – 17].
При определённом подборе параметров пучков (а значит итермического цикла) без нагрева глубинных слоёв металла, не вызываянапряжений, деформаций и изменений геометрических размеров, можнодобиться резкого увеличения износостойкости детали [18], путём упрочнения(закалки) её поверхностного слоя.Суть метода модификации заключается в следующем (рис. 1.4). Привоздействии мощных импульсных электронных пучков на материал его слойтолщиной порядка длины пробега электронов в данном материале (от 10 до 100мкм) очень быстро нагревается до температуры фазовых переходов.
Поокончании импульса пучка нагретый слой быстро охлаждается процессомтеплопроводности в глубину материала.21ПучокПРОЦЕССМОДИФИКАЦИИэлектроновОБЪЁМНЫЙ НАГРЕВ:скорость нагрева ………. 109 К/сдлительность …………... 10 - 40 мксРАСПЛАВЛЕННЫЙ СЛОЙ:толщина ………………. 10 - 100 мкмскорость охлаждения …. ~108 К/с(теплопроводностьюв глубину материала)МОДИФИЦИРОВАННЫЙСЛОЙ ПОВЕРХНОСТИРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
