Определение параметров напряжённо-деформированного состояния на основе минимизации расхождения расчётных и экспериментальных данных

• Автор: Чернятин, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 159 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1. Методы получения экспериментальной информации и численное решение прямой задачи
1.1. Экспериментальные методы регистрации полей
деформационных откликов
1.1.1. Метод фотоупругих покрытий
1.1.2. Электронная цифровая спекл-интерферометрия
1.2. Решение прямой задачи
1.2.1. Универсальная конечно-элементная модель
1.2.2. Расчёт НДС, возникающего при образовании вырезов
1.2.3. Определение величин откликов. Банк откликов
2. Методический подход и комплекс программ для определения параметров напряжённо-деформированного состояния
2.1. Задача минимизации
2.1.1. Целевые функции
2.1.2. Методы минимизации
2.2. Обоснование корректности решения обратной задачи.
Исследование устойчивость решения
2.3. Организация вычислительного комплекса
2.3.1. Управляющие программы. Протоколы данных
2.3.2. Взаимодействие ПК АЛЗУБ и ПК МАТЪАВ
3. Оценка нагруженности тонкостенных элементов конструкций
3.1. Общая постановка численных экспериментов по оценки
нагруженности элементов конструкций различных типов
3.2. Задача об определении нагружающих напряжений

3.3. Инженерная оценка нагруженности тонкостенных элементов
конструкций со сквозными трещинами
4. Комплексный анализ областей конструкций с поверхностными трещинами
4.1. Универсальный макрос построения пространственной
плоской трещины и расчёта параметров механики разрушения
4.2. Задача об определении нагружающих напряжений
4.3. Задача об одновременном определении нагрузок и геометрии трещины
4.4. Расчёт параметров механики разрушения по фронту трещины
5. Анализ высокоградиентных 3-х мерных полей остаточных напряжений
5.1. Постановка задачи исследования
5.2. Методика исследования кусочно-линейных полей остаточных напряжений в биметаллических элементах
5.3. Определение полей остаточных напряжений в обечайке
корпуса реактора. Численный эксперимент
5.3.1. Решение с использованием целевых функций
специального вида
Заключение
Библиографический список
Приложения
П1. Работа с вычислительным комплексом
П2. Целевые функции специального вида

ВВЕДЕНИЕ
Вопросам изучения напряжённо-деформированного состояния (НДС) в высоконагруженных конструкциях современной техники уделяется большое внимание на всех стадиях их жизненного цикла. Постоянная тенденция к увеличению эксплуатационных показателей конструкций и их усложнение при одновременном уменьшении весовых характеристик сохраняется не только из-за использования новых материалов, наличия опытных наработок и пр., но во многом - благодаря развитию современных методов расчёта и исследования НДС в разрабатываемых конструкциях. Естественно, что основой для этого является бурное развитие вычислительной техники и активное использование при проектировании и оценке прочности, ресурса и безопасности конструкций численных методов, метода конечных элементов (МКЭ), реализованных в виде программных комплексов (АИЗУБ, КАЗТЫАН, АВЛрНЗ и др.). Таким образом, на стадии проектирования имеется возможность создавать достаточно точные расчётные модели исследуемых объектов.
Однако, чем сложнее и ответственнее конструкция, тем более значимыми становятся стадии экспериментальной апробации (исследований) и реальной эксплуатации. На этих этапах изучение и контроль НДС являются нем менее важными задачами, чем при проектировании, поскольку НДС в натурной конструкции, работающей при различных эксплуатационных нагрузках и воздействиях окружающей среды, может существенно отличаться от полученного расчётным путём. Это обусловлено следующими обстоятельствами:
- неполным соответствием расчётной модели и натурной конструкции;
- влиянием факторов, которые, как правило, невозможно полностью учесть при проектировании конструкции. К ним, в первую очередь, относятся остаточные технологические напряжения, начальные

большей точности вычислений и гладкости отображения полей физических откликов. Рассматриваемая конечно-элементная модель является полностью параметрической и обладает универсальностью. Все объекты (тело, отверстия, трещины) строятся автоматически, для чего необходимо лишь для конкретной задачи назначить их параметры (управляющие ключи, характеристики, геометрия, расположение, параметры разбивки и пр.), создав так называемый «протокол модели» (см. п. 2.3.1 и Приложение 1). Также здесь указываются файлы, с информацией о свойствах материалов, образующих исследуемую область конструкции. Внося изменения в уже имеющийся протокол модели, «одним нажатием кнопки» модель можно перестраивать, добиваясь наилучшего разбиения на элементы для текущей задачи. Кроме того, в упомянутых объектах заложена возможность построения области с учётом симметричной (кососимметричной) постановки задачи, иными словами они могут иметь половину, четверть, 1/8 от полного объёма.
Таким образом, основное внимание было уделено разработке алгоритмов построения перечисленных объектов с реализацией в них общих универсальных свойств и вопросам построения рациональной сетки конечных элементов.
1.2.2. Процедура расчёта НДС, возникающего при образовании вырезов
При образовании выреза (отверстия) в нагруженной области напряжения, действовавшие до этого (исходное состояние) в точках, составляющих поверхность будущего выреза, снимаются. Это равносильно приложению к поверхностям сделанного выреза этих напряжений, но противоположно направленных, то есть, по сути, производится разгрузка зоны выреза.