1

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет” (ННГАСУ)

Отдел магистратуры

отчёт по научно исследовательской Практике на тему: «Исследование работы конструкций, работающих в условиях нестационарного термосилового нагружения»

Магистрант

гр. М80/1		Н. В. Ремизов

Научный руководитель

д.т.н., к. ф-м. н, профессор		Г. А. Маковкин

Нижний Новгород – 2017

Содержание

111

Содержание 2

Введение 3

1 Анализ исследований повреждения материалов в результате процессов усталости и ползучести 6

2 Уравнения математических моделей термовязкопластичности и накопления повреждений по [13] 8

2.1 Уравнения термовязкопластичности 8

2.2 Уравнения накопления повреждений 12

3 Исследование работы компенсаторов магистральных трубопроводов в программном комплексе SCAD Office 15

4 Анализ работы компенсаторов магистральных трубопроводов в комплексе компьютерного инженерного анализа NX Nastran 11

Список использованной литературы 14

Содержание 2

Введение 3

1 Анализ исследований повреждения материалов в результате процессов усталости и ползучести 6

2 Уравнения математических моделей термовязкопластичности и накопления повреждений по [13] 8

2.1 Уравнения термовязкопластичности 8

2.2 Уравнения накопления повреждений 11

3 Исследование работы компенсаторов магистральных трубопроводов 14

Список использованной литературы 2

Введение

Тенденция развития конструкций и аппаратов современного машиностроения характеризуется увеличением их рабочих параметров, снижением металлоёмкости за счёт оптимального проектирования и применения высокопрочных материалов, значительным ростом удельного веса нестационарных режимов нагружения. Все более жёсткие требования предъявляются к снижению материалоёмкости конструкций, обеспечение которых связано с повышенной общей и местной напряжённостью конструктивных элементов и уменьшением коэффициента запаса прочности.

Значительно увеличиваются требования к надёжности и длительности безаварийной эксплуатации как конструкций в целом, так и отдельных её элементов. Указанные тенденции привели к тому, что в настоящее время одной из актуальных задач проектирования и эксплуатации конструкций и аппаратов новой техники является задача надёжной оценки их ресурса, диагностики выработанного и прогноза остаточного ресурса в процессе эксплуатации.

Особенно эта задача актуальна для ответственных инженерных объектов (ОИО). Как правило, эксплуатационные условия работы таких объектов характеризуются многопараметрическими нестационарными термосиловыми нагрузками, воздействиями внешних полей, приводящими к деградации начальных прочностных свойств конструкционных материалов и, в конечном итоге, исчерпанию ресурса материала конструктивных узлов объекта.

До настоящего времени значительная часть исследований в области прочности материалов и конструкций была направлена на разработку моделей поведения материалов - уравнений состояния, описывающих эффекты деформирования для различных классов истории изменения нагрузки и температуры. Стимулом к их разработке с одной стороны, явилась практическая необходимость оценки напряжённо-деформированного состояния (НДС) элементов конструкций современной техники, с другой - появление мощных современных методов решения нелинейных краевых задач механики сплошных сред, таких как, например, метод конечных элементов (МКЭ),позволяющих определять НДС конструктивных, элементов и конструкций в целом практически для любых сложных функциональных зависимостей между тензорами напряжений и деформаций или их скоростей при произвольных механических и термических нагрузках.

В настоящее время актуальным становится вопрос расчётной оценки совместных процессов деформирования и накопления повреждений для ответа на вопрос, где и в какой момент времени при заданной истории изменения нагрузки и температуры в теле впервые возникнут макроскопические нарушения сплошности материала (макротрещины) и как эти макротрещины будут развиваться в дальнейшем. Поскольку процессы накопления повреждений, тесно связаны с кинетикой НДС, соответствующие уравнения процессов; деформирования должны содержать макропараметры, определяющие скорость процесса накопления повреждений. Точность расчётных оценок- ресурса конструктивных элементов в заданных условиях эксплуатации будет зависеть от. того, насколько данные уравнения-состояния адекватно описывают кинетику НДС в этих условиях. К настоящему времени разработано большое количество уравнений, описывающих процессы повреждённости материала. Однако большинство этих уравнений ориентированы только на определенные классы нагружения, и не связаны, с конкретными уравнениями процессов деформирования и, следовательно, не могут отразить зависимость процессов накопления повреждений от истории изменения НДС, температуры, скорости деформации.

На самом деле история упругопластического деформирования (вид траектории деформирования, характер изменения температуры, вид напряжённого состояния, история его изменения и т.п.) существенно влияют на скорости протекания процессов накопления повреждений. Это подчёркивает важность рассмотрения кинетики НДС в опасных зонах конструктивных элементов и его теоретического описания соответствующими уравнениями состояния. Можно сказать, что в настоящее время развитие уравнений состояния и, в частности, уравнений вязкоупругопластических сред, должно определяться потребностями механики разрушения и должно быть направлено на описание основных эффектов, существенно влияющих на скорость процессов накопления повреждений. Цель исследования в данной области — не столько уточнение различных формулировок, необходимых для определения макроскопических деформаций по заданной истории нагружения, сколько стремление разобраться в основных закономерностях процессов, подготавливающих и определяющих разрушение.

В последние годы для решения таких задач успешно развивается новая дисциплина - механика повреждённой среды (МПС). МПС изучает процессы развития микродефектов, механическое поведение повреждённых материалов (материалов с внутренними дефектами) посредством описания влияния распределённых микродефектов при помощи определённых, механических параметров и процессов образования макроскопических трещит - процессы накопления повреждений, сочетая насколько это возможно на современном уровне знаний, точки зрения материаловедения и механики сплошной среды.

Естественно, что рассмотренные соображения имеют очень приближённый характер с точки зрения реальных процессов на уровне микроструктуры материала. Однако, существующая на сегодняшний день практика использования уравнений МПС для различных механизмов исчерпания ресурса позволяет утверждать, что такой подход достаточно эффективен для практических приложений оценки ресурса ОИО, и с его помощью можно достаточно корректно оценивать процесс исчерпания ресурса конструктивных элементов и узлов несущих конструкций.

Таким образом, задача обоснования применимости (оценка степени адекватности и определение границ применимости) определяющих соотношений термопластичности для сложных траекторий непропорционального деформирования, служащих основой для разработки на их базе экспертных систем оценки ресурса конструкций, как на этапе их проектирования, так и на стадии эксплуатации является актуальной.