Двовимірний скінченноелементний аналіз контактних задач із врахуванням теплообміну - Автореферат

Оскільки у більшості механізмів передача зусиль між деталями здійснюється за допомогою контакту, а їх температура і міцність визначається характером розподілу контактного тиску, стає актуальною побудова уточнених моделей і методів розрахунку конструкцій в термоконтактній постановці. Головна складність розрахунків полягає в тому, що температурна задача звязана з задачею механіки через спочатку невідомі умови контакту, оскільки напружено-деформований стан (НДС) деталей і характер їх взаємодії залежать від розподілу температур, а температурне поле, в свою чергу, визначається умовами контакту. Запропонований метод базується на застосуванні нової моделі контактного шару, яка дозволяє враховувати вплив термічної провідності контакту, контактного тиску та чистоти обробки поверхні (висоти мікронерівностей) на характер термонапруженого стану конструкцій при розвязанні задач за допомогою методу скінченних елементів (МСЕ). Метою дисертаційної роботи являється створення ефективного методу скінченноелементного аналізу двовимірних контактних задач із врахуванням теплообміну між поверхнями, що взаємодіють, розробка програмного забезпечення, а також розвязання ряду важливих для інженерної практики задач щодо визначення термонапруженого стану конструкцій. Задачі дослідження включають в себе розробку моделі термоконтактного шару, що дозволяє враховувати реальні умови взаємодії тіл; отримання основних співвідношень для термоконтактного скінченного елементу; одержання системи розвязуючих рівнянь МСЕ для розрахунку двовимірних задач теплопровідності і механіки при наявності контактної взаємодії між елементами; дослідження характеру термонапруженого стану плоских і осесиметричних конструкцій на основі запропонованого підходу; розробку методики розрахунку НДС деталей і вузлів циліндропоршневої групи двигуна внутрішнього згоряння і елементів роторів парових турбін в нових уточнених постановках.Царевський для термічної провідності контакту одержали залежність, яка дозволяє врахувати всі найважливіші фактори взаємодії (контактний тиск, шорсткість контактуючих поверхонь, теплопровідність середовища в зоні контакту, міцнісні характеристики взаємодіючих матеріалів). Контакт між елементами здійснюється за допомогою “контактного шару”, причому взаємодія відбувається вузел у вузел, накладаючи обмеження на зміщення контактуючих тіл по дотичній вздовж меридіану поверхні контакту. Особливою рисою елементу є його здатність, при наявності тертя, “відсліджувати” історію навантаження, тобто момент (крок за часом) вступу точки в контакт і напрямок її просковзування, а також враховувати тепловиділення за рахунок сил тертя. Початкові умови визначаються постійним чи змінним температурним полем, яке може бути задане або ж одержане в результаті розвязку стаціонарної задачі теплопровідності з заданими в початковий момент часу граничними умовами, а також орієнтовним розподілом контактного тиску у початковій зоні контакту, що визначає теплопередачу між тілами та уточнюється при розв‘язанні задачі. Нестаціонарна нелінійна задача теплопровідності для двовимірних областей описується для поточного моменту часу за допомогою функціоналу де T - температура, Kr, Kz, Krz - коефіцієнти теплопровідності, Q - інтенсивність внутрішніх джерел тепла, a (Sm), T? (Sm) - коефіцієнт теплообміну і температура середовища, r?c-теплоємність матеріалу, q-інтенсивність теплового потоку, a, T? - коефіцієнт тепловіддачі і температура середовища на межі, с?e, Tu-коефіцієнт тепловіддачі через випромінення і температура джерела випромінення, Fq (t), FQ (t), Fa (t), FT (t), Fe (t), Fu (t) - управляючі функції, що залежать від часу, і задаються на підобластях для зміни граничних умов, Sm - підобласті з різних матеріалів, sk - контактні напруження в області контакту Lk.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Гармаш Н. Г. Влияние температурных деформаций на напряженно-деформированное состояние стеклоэлементов иллюминаторов // Вестник Харьк. гос. политех. ун-та. -Харьков: ХГПУ. -1999. -Вып. 47. -С. 16-21.

Гонтаровский П. П., Левтеров А. М., Гармаш Н. Г. Конечноэлементный анализ температурных полей и напряженно-деформированного состояния жарового кольца двухтактного дизеля в термоконтактной постановке // Вестник Харьк. гос. политех. ун-та. -Харьков: ХГПУ. -1999. -Вып. 54. -С. 101-108.

Гармаш Н. Г. Моделирование термонапряженной посадки турбинного диска на вал. // Вестник Харьк. гос. политех. ун-та. Новые решения в современных технологиях. -Харьков: ХГПУ. -1999. -Вып. 47. -С. 13-15.

Гонтаровский П. П., Гармаш Н. Г. Расчет напряженно-деформированного состояния лопаток турбомашин с учетом термоконтактных взаимодействий // Тр. Межд. науч. -тех. конф. «Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования»: Харьков, 29 сент - 2 окт 1997г. -Харьков. -1997. - С. 533-536.

Гонтаровский П. П., Гармаш Н. Г. Компьютерное моделирование формоизменения тонкостенных осесимметричных конструкций при наличии односторонних ограничений // Мат. Межд. науч. -тех. конф. «Современные проблемы машиноведения»: Гомель, 1-3 июля 1996г. -Гомель. -1996. - С. 117-118.

Гонтаровский П. П., Левтеров А. М., Гармаш Н. Г., Фомин А. Ю. Численное моделирование теплового и напряженно-деформированного состояния гильзы цилиндра форсированного транспортного дизеля // Сб. тр. Межд. науч. -тех. конф. «Информационные технологии», Вып. 7, Ч. 2, Харьков. -1999. -С. 255-259.