Обоснование модели поведения материала в нелинейной области вершины трещины с учетом членов высоких порядков. Разработка метода расчета амплитудных коэффициентов и угловых распределений членов высоких порядков. Характеристика поведения тела с трещиной.
Аннотация к работе
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Поля высоких порядков в вершине трещины при ползучести с учетом вида нагруженияРабота выполнена на кафедре Динамики и прочности машин Казанского государственного энергетического университета и в лаборатории Вычислительной механики деформирования и разрушения Исследовательского центра Проблем энергетики Казанского научного центра РАН. Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Шлянников Валерий Николаевич Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Каюмов Рашит Абдулхакович кандидат технических наук, Луканкин Сергей Анатольевич Защита состоится 25 декабря 2006 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д212.079.05 при Казанском государственном техническом университете им.Практика эксплуатации оборудования большого ресурса, работающего в условиях повышенных температур, показала, что с течением времени в условиях термосилового нагружения в зонах концентрации накапливаются и развиваются дефекты типа трещин вследствие исчерпания запасов длительной прочности и ползучести конструкционного материала. Трубопроводы, сосуды давления и диски роторов паровых турбин в эксплуатации подвержены двухосному нагружению различной интенсивности, что говорит о необходимости учета двухосности при расчетах напряженно-деформированного состояния области вершины трещины. В настоящей работе поставлена цель обосновать модель поведения материала в нелинейной области вершины трещины с учетом членов высоких порядков и разработать метод расчета амплитудных коэффициентов и угловых распределений членов высоких порядков через непосредственный учет двухосности внешнего нагружения для среды сочетающей свойства упругости, пластичности и ползучести. Достижение поставленной цели автор видит в: · разработке методики определения параметров НДС области вершины трещины с учетом членов высоких порядков в условиях упругости, пластичности и ползучести; На защиту выносятся: · модель напряженно-деформированного состояния материала, сочетающего свойства упругости, пластичности и ползучести в нелинейной области вершины трещины при двухосном нагружении с учетом членов высоких порядков;Результаты исследований пластины бесконечных размеров с трещиной, проведенные Ли и др. показали, что размер зоны доминантности полей напряжений ХРР-типа - это только часть зоны ползучести, и она мала (особенно вдоль линии продолжения трещины) по сравнению с зоной ползучести в условиях плоской деформации. В связи с возрастающей актуальностью аналитического представления полей параметров НДС области вершины трещины с удержанием членов высоких порядков, Шарма и Аравас предложили использовать упруго-пластическое решение для безразмерных угловых распределений в условиях ползучести. Проведенный анализ литературных данных показал, что: · влияние двухосности нагружения не поставлено в соответствие со структурой решений в области вершины трещины при ползучести; Исследование полей параметров НДС в настоящей работе построено на сочетании аналитического и численного решений, т.е в работе осуществлялся расчет параметров НДС области вершины трещины численно при помощи метода конечных элементов, и параллельно с ним поставленная задача решалась аналитически на основе трехчленного представления полей параметров НДС области вершины трещины при ползучести. (2) тело трещина нелинейный амплитудный где индексы соответствуют полям первого, второго и третьего порядка соответственно; - амплитудные коэффициенты; - показатели степени, причем ; , - характеристический размер, - время, , , - безразмерные угловые функции компонент напряжений и скоростей деформаций соответствующего порядка; , - полярные координаты, центрированные на вершину трещины.Проведенный в данной работе анализ НДС области вершины трещины в условиях сочетания упругости, пластичности и ползучести с учетом членов высоких порядков позволяет сделать следующие выводы. Предложена и обоснована модель напряженно-деформированного состояния в нелинейной области вершины трещины с учетом членов высоких порядков и дано ее численное и аналитическое обоснование. Разработана и реализована методика исследования поведения параметров НДС при различных вариантах двухосного нагружении с учетом членов высоких порядков при ползучести. В результате выполненных расчетов установлены качественные и количественные эффекты влияния двухосности нагружения на параметры НДС области вершины трещины при ползучести. Представление полей НДС в нелинейной области вершины трещины с учетом членов высоких порядков показало, что их совокупный вклад может достигать 40% по отношению к первому ХРР-члену, что предопределяет необходимость их учета при анализе эффектов двухосного нагружения.
План
Основное содержание работы
Вывод
Проведенный в данной работе анализ НДС области вершины трещины в условиях сочетания упругости, пластичности и ползучести с учетом членов высоких порядков позволяет сделать следующие выводы.
1. Предложена и обоснована модель напряженно-деформированного состояния в нелинейной области вершины трещины с учетом членов высоких порядков и дано ее численное и аналитическое обоснование.
2. Разработана и реализована методика исследования поведения параметров НДС при различных вариантах двухосного нагружении с учетом членов высоких порядков при ползучести.
3. Определено, что именно члены высоких порядков воспроизводят влияние двухосного нагружения.
4. Установлено явление и предложен механизм перераспределения жесткости напряженного состояния на продолжении трещины по стадиям ползучести в зависимости от вида двухосного нагружения.
5. В результате выполненных расчетов установлены качественные и количественные эффекты влияния двухосности нагружения на параметры НДС области вершины трещины при ползучести.
6. Получено аналитическое описание зависимости амплитудного коэффициента А2, от исследуемых факторов двухосности нагружения, долговечности и расстояния до вершины трещины.
7. Представление полей НДС в нелинейной области вершины трещины с учетом членов высоких порядков показало, что их совокупный вклад может достигать 40% по отношению к первому ХРР-члену, что предопределяет необходимость их учета при анализе эффектов двухосного нагружения.
Основные печатные работы по теме диссертации
1. Бойченко Н.В. Анализ симметричных форм деформирования трещин на различных стадиях ползучести // Аспирантско-магистерский научный семинар КГЭУ / тез.докл. - Казань: Изд-во КГЭУ, 2003. - С. 120-121.
2. Шлянников В.Н., Ильченко Б.В., Бойченко Н.В. Анализ НДС области вершины трещины в вязко-упругом пластическом материале при симметричном мягком и жестком нагружении // Известия ВУЗОВ. Проблемы энергетики.- 2003. - № 11-12. - С.139-152.
3. Шлянников В.Н., Ильченко Б.В., Бойченко Н.В., Тартыгашева А.М. Пластина с отверстием в состоянии упругости, пластичности и ползучести // Известия ВУЗОВ. Проблемы энергетики.- 2004. - № 1-2. - С.107-116.
4. Шлянников В.Н., Ильченко Б.В., Бойченко Н.В. Кинетика НДС области вершины трещины при ползучести // Ежегодник. Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского. -2003. - С.176-180.
5. Бойченко Н.В. Анализ влияния вида нагружения на НДС области вершины трещины при ползучести // Аспирантско-магистерский научный семинар КГЭУ / тез.докл. - Казань: Изд-во КГЭУ, 2004. - С. 110-111.
6. Бойченко Н.В. Исследование влияния вида нагружения на НДС области вершины трещины в вязко-упруго-пластичном материале // Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред / материалы XI Междунар. Симп. - Т.1. - М: Изд-во МАИ, 2005. - С.52.
7. Бойченко Н.В. Оценка влияния вида нагружения на распределение полей напряжений в области вершины трещины при ползучести // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика / Материалы XI Междунар. конф-и. - Т.3. - М: Изд-во МЭИ, 2005. - С. 229-230
8. Бойченко Н.В. Количественная оценка составляющих трехчленного разложения полей напряжений области вершины трещины при ползучести // Труды Академэнерго.- 2005.- №1.- С.109-113.
9. Шлянников В.Н., Ильченко Б.В., Бойченко Н.В. Расчет амплитудных коэффициентов при ползучести для материала диска паровой турбины // Известия РАН. Энергетика. - 2006.- №2. - С.83-90.
10. Шлянников В.Н., Ильченко Б.В., Бойченко Н.В. Влияние вида напряженного состояния на поведение роторной стали при ползучести в условиях близких к разрушению // Известия РАН. Энергетика. - 2006.- №2. - С.91-100.
11. Шлянников В.Н., Бойченко Н.В. Поля деформаций при ползучести в условиях двухосного нагружения // Труды Академэнерго.- 2006.- №1.- С.158-165.
12. Шлянников В.Н., Бойченко Н.В. Поля напряжений и деформаций при ползучести для материала диска паровой турбины с повреждением // Материалы докладов национальной конференции по теплоэнергетике НКТЭ-2006 ТІІ - Казань, 2006.-, с.22-25.