Конечно-элементное моделирование геометрически и физически нелинейных процессов деформирования контейнеров для транспортировки радиоактивных отходов при ударных нагрузках

• Автор: Кибец, Юрий Иванович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 217 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Состояние вопроса. Цели и задачи исследования
1.1. Математические модели нестационарного деформирования конструкций
1.2. Численные методы решения задач нестационарной динамики конструкций
1.3. Цели диссертационной работы и ее содержание 23 Глава 2. Конечно-элементная методика решения трехмерных задач
нестационарного деформирования составных конструкций
2.1. Определяющая система уравнений
2.2. Метод решения и его программная реализация
2.2.1. Численная схема решения трехмерных задач нестационарного деформирования упругопластических сред
2.2.2. Четырехузловой конечный элемент для решения трехмерных задач динамики оболочек
2.2.3. Конечно-элементное моделирование контактного взаимодействия деформируемых тел
2.2.4. Программная реализация численного решения трехмерных задач динамики конструкций
2.3. Решение тестовых задач
2.3.1. Исследование точности 4-узлового КЭ в нестационарных задачах упругопластического деформирования пластин и оболочек
2.3.2. Тестирование программы численного моделирования контактного взаимодействия деформируемых элементов конструкций
2.3.3. Анализ точности решения задач динамики составных конструкций, включающих массивные тела и оболочки
Глава 3. Численное моделирование импульсной обработки листовых деталей
3.1. Импульсная отбортовка круглого отверстия в алюминиевой пластине
3.2. Внутренняя отбортовка пластины с овальным отверстием
3.3. Магнитно-импульсное обжатие торца трубы с овальным поперечным сечением
Глава 4. Нестационарное деформирование контейнеров и опорных конструкций в аварийных ситуациях
4.1. Исследование выпучивания стоек стеллажа при его падении на дно шахты
4.2. Численный анализ динамического деформирования поддона с партией контейнеров при их аварийном падении с погрузчика
4.3. Численное моделирование нестационарного деформирования контейнера при соударении с плитой
Заключение Список литературы Приложение. Акт о внедрении

ВВЕДЕНИЕ
Для хранения и транспортировки радиоактивных материалов и их отходов, взрывчатых веществ и т.п. применяют специально разработанные контейнеры. Как правило эти конструкции сложны и многообразны. Наряду с небольшими (массой до 100 кг) и сравнительно дешевыми контейнерами на практике могут потребоваться дорогостоящие контейнеры весящие сотни тонн.
В виду тяжелых экономических и экологических последствий от возможных аварий, к прочности разработанных конструкций подобного рода предъявляются повышенные требования.
В частности, этими требованиями предусмотрены испытания на ударные воздействия: падение на плиту с определенной высоты в различных положениях, падение плиты на контейнер и т.д. Чтобы контейнер был допущен к эксплуатации, он должен сохранить в этих условиях герметичность и обладать определенными демпфирующими свойствами, позволяющими снизить перегрузки на перевозимых объектах.
Натурные испытания контейнеров не всегда возможны или очень затруднены в виду большой их стоимости. В силу этого значительно повышается актуальность теоретических исследований. Математическая формулировка возникающих процессов приводит к трехмерной нестационарной задаче механики деформируемого твердого тела. Сложность задачи объясняется следующими факторами:
1) спецификой конструкций, включающей в себя не только пластинки и оболочки, но и массивные тела (днища, уплотнители, узлы крепления и т.д.);
2)” взаимодействием волн деформаций и напряжений;
3) возможным появлением пластических деформаций и зон разрушения;
4) контактным взаимодействием конструктивных элементов между собой и с окружающими телами;

ваемых конструкций необходимы элементы двух типов: КЭ сплошной среды иКЭ оболочки.'"-
Конечный элемент сплошной среды (тип А ). В массивных телах мо-ментные составляющие еьеъеъ используются для подавления мод с нулевой энергией (неустойчивости типа “песочные часы “) и вводятся в схему с малыми коэффициентами а, е [0,01,0,1], / = 1,3. Это позволяет аппроксимировать напряжения функциями вида <г = сг0 + <г,£, +а24г+сг&
,00 0 00 0 ,<Г!
<у0 = 1<ги<г22 азз агагъаъ “°|||=£2в#з=о

СГ, = [0 СТ22,1 33,1 0 O’23,1 0]
а1 ~ [а 11,2® а33,2 00 «Год ]Г (2.2.10)

- 1° 11,3 а 22,3 0 0-12,3 00] а = const; aikj = dcrik / Компоненты <тг определяются подстановкой г,-в уравнения состояния (2.1.4)-(2.1.7). В силу малости коэффициентов а ) связь о-ДггД / = 1,3 предполагается линейно упругой, а пластические свойства материала учитываются в центре КЭ при вычислении о о. Значения напряжений в центре
элемента можно определять в общей системе координат X , упростив при этом процедуры введения локального базиса х и вычисления моментных составляющих а2,ст3
Конечный элемент оболочки (тип В ). В пластинах и оболочках важную роль играют изгибающие и крутящие моменты от напряжений, распределенных по толщине. Моментные составляющие деформаций и напряжений в срединной поверхности вводятся как и в предыдущем случае для обеспечения устойчивости счета.