Моделирование теплового и напряженного состояния охлаждаемых полых цилиндров с нестационарной тепловой нагрузкой

• Автор: Жуков, Павел Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Реферат
Диссертация 141 стр., 50 рис., 5 табл., 105 библ.
Ключевые слова. Теплопередача, тепловое состояние, нестационарная тепловая нагрузка, охлаждаемый цилиндр, ролик МНЛЗ, напряженное состояние, эквивалентное напряжение.
Объектами исследования являются охлаждаемые цилиндры при нестационарной тепловой нагрузке.
Целью работы является повышение достоверности расчетного прогнозирования теплового и напряженного состояния толстостенных цилиндров (в частности, роликов рольгангов) при нестационарных тепловых нагрузках путем разработки математических моделей, численных методов и программных комплексов для их расчета.
Разработана математическая модель теплового состояния охлаждаемых полых цилиндров с нестационарной тепловой нагрузкой, вызванной импульсным подводом тепловой энергии по внешней образующей и постоянным отводом тепловой энергии от внешней и внутренней поверхностей толстостенного цилиндра.
Разработан модифицированный матричный метод решения задачи нестационарной теплопроводности, алгоритм и программа для его компьютерной реализации при различной размерности модели объекта и выбранных краевых условиях.
Предложена методика оценки термических напряжений в ролике рольганга при заданном температурном поле и импульсном подводе тепловой энергии и выявлено влияние внутреннего охлаждения на его термонапряженное состояние.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА РОЛИКОВ РОЛЬГАНГОВ
1.1. Конструктивные особенности роликов и тепловые условия их работы
1.2. Критические факторы и конструктивные и режимные приемы повышения термоусталостной стойкости и надежности работы роликов
1.2.1 Критические факторы, влияющие на надежность работы роликов..
1.2.2. Конструктивные приемы повышения термоусталостной стойкости.
1.3. Моделирование и расчет теплового и механического состояния роликов..
1.3.1. Моделирование теплового состояния
1.3.2. Моделирование и расчет термонапряженного состояния
1.4. Постановка задач исследования
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ЯЧЕЕЧНОЙ МОДЕЛИ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ОХЛАЖДАЕМЫХ ПОЛЫХ ЦИЛИНДРОВ С НЕСТАЦИОНАРНОЙ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКОЙ
2.1. Ячеечная модель теплопроводности во вращающемся стержне с импульсным подводом теплоты
2.2. Ячеечная модель теплопроводности в кольцевой области с краевыми условиями третьего рода
2.3. Ячеечная модель теплопроводности в круглом сечении
2.4. Учет теплоотвода в окружающую среду
2.5. Трехмерная модель теплопроводности в цилиндре
2.6. Выводы по главе
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРМОНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ РОЛИКА
3.1. Расчетная схема модели термонапряженного состояния
3.1.1. Одномерная постановка задачи исследования термонапряженного состояния
3.1.2. Двухмерная постановка задачи исследования термонапряженного состояния
3.1.3. Трехмерная постановка задачи исследования термонапряженного состояния

3.2. Алгоритм моделирования распределения термонапряжений в ролике
3.3. Влияние конструктивных и режимных факторов на термонапряженное состояние ролика
3.4. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
4.1. Компьютерный инженерный метод расчета термонапряженного состояния ролика
4.2. Некоторые направления повышения надежности работы роликов рольганга
4.3. Сведения о внедрении результатов работы
4.4. Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

В последнее десятилетие все большее внимание уделяется
стохастическим моделям, основанным именно на теории цепей Маркова [55-59]. Основным оператором этой модели является матрица теплопроводности, структура и элементы которой имеют ясный физический смысл, если выбрана структура модели. Развитие современных компьютерных программ,
манипулирующих с матрицами (например, МАТЬАВ) как бы заранее обеспечивает компьютерную поддержку этих моделей и делает их универсальным инструментом моделирования совмещенных процессов
различных технологий.
Математический аппарат теории цепей Маркова является эффективным инструментом построения таких моделей. Он сочетает простоту, гибкость, универсальность, а также высокую эффективность и устойчивость сопряженных с ним вычислительных процедур. Применение теории цепей Маркова к математическому моделированию основных процессов химической технологии и смежных отраслей известно довольно давно как в России, так и за рубежом [55-59]. По-видимому, первой монографией, освещавшей ее применение в этой отрасли, была книга А. Тамира [56], внесшая значительную систематизацию в эту сферу прикладного знания.
Стратегия, предложенная в работах В.Е. Мизонова и Н. ВегЙнаих [59], базируется на следующих положениях. Переход от непрерывного описания эволюции во времени некоторого исследуемого свойства базируется на разбиении всей области возможных значений этого свойства на конечное число п дискретных интервалов, которые называются состояниями системы. В этом случае плотность распределения вероятности заменяется вероятностями СОСТОЯНИЯ Бр Все возможные введенные состояния системы образуют пространство состояний, а их вероятности - вектор состояния Б размером пх1:
Б2 ... в»]', (1.21)
где ' означает транспонирование вектора или матрицы. Общая продолжительность наблюдения за процессом также может быть разбита на