Численное моделирование процессов деформирования и разрушения элементов конструкций при малоцикловых термосиловых нагружениях

• Автор: Зуров, Михаил Михайлович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 123 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
I. ЭФФЕКТЫ НЕОБРАТИМОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ 13 ПРИ МАЛОЦИКЛОВЫХ НАГРУЖЕНИЯХ И ПРИНЦИПЫ ИХ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ.
1.1. Основные закономерности поведения конструкционных 15 материалов при малоцикловых нагружениях и принципы его численного моделирования.
1.2. . Накопление повреждений в процессе малоциклового 22 деформирования конструкционных материалов и его моделирование.
1.3. Построение модели поврежденного материала.
1.4. Конкретизация модели поврежденного материала для 38 исследования процессов малоцикловых нагружений.
II. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 43 ПРОЦЕССОВ НЕУПРУГОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ МАЛОЦИКЛОВЫХ НАГРУЖЕНИЯХ.
2.1. Описание поведения составных деформируемых систем при 44 квазистатических термосиловых нагружениях.
2.2. Численное решение задач термовязкопластичности на основе 47 шаговых методов.
2.3. Двухуровневая шаговая схема решения задач малоциклового 52 нагружения.
2.4. Применение схем экстраполяции численного решения задач 54 малоциклового деформирования и разрушения конструкций.
III. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИК ИССЛЕДОВАНИЯ 61 ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ
В КОМПЛЕКСЕ «УПАКС».
3.1. Общая архитектура и состав программных средств комплекса
«УПАКС».

3.2. Информационное обеспечение моделей, описывающих поведение конструкционных материалов.
3.3. Программные средства, реализующие модели пластичности и

накопления повреждений в материалах при малоцикловых нагружениях.
IV. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ
МАЛОЦИКЛОВОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ.
4.1 Малоцикловое деформирование и разрушение образца с
цилиндрической рабочей частью.
4.2. Исследование процесса накопления повреждений при 79 малоцикловом деформировании образца с цилиндрической рабочей частью.
4.3. Проверка работоспособности модели накопления повреждений 82 при блочных циклических нагружениях.
4.4. Исследование процесса упругопластического деформирования и 85 развития повреждений в цилиндрическом образце с кольцевой выточкой в рабочей части
4.5. Исследование малоцикловой прочности участка магистрального 88 трубопровода с технологическим дефектом.
4.6. Оценка прочности фрагментов подземных трубопроводов при 93 сейсмических воздействиях.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение.
Возросшие требования к весу, металлоемкости и постоянно растущая нагруженность современных конструкций приводят к необходимости наиболее полно использовать резервы их несущей способности, допуская возможность работы отдельных элементов конструкций за пределом упругости. Одним из наиболее существенных для оценки прочности конструкций класс представляют квазистатические нагружения, при которых время приложения и воздействия нагрузок (силовых, температурных и т.д.) соизмеримо или не превышает время, соответствующее минимальной частоте собственных колебаний конструкций, т.е. волновыми эффектами можно пренебречь.
В настоящее время одной из наиболее актуальных проблем является оценка прочности конструкций при циклических нагружениях, которые наиболее часто реализуются в процессе работы большинства конструкций современной техники. Прочность конструкций, работающих в условиях циклических нагрузок и повышенных температур, определяется в основном процессами малоцикловой усталости сопровождающейся развитием пластических деформаций и накоплением повреждений, приводящих к полному разрушению материала. Поэтому для расчетной оценки прочности конструкций при малоцикловых нагружениях необходимо рассматривать разрушение как процесс развития повреждений, приводящих к деградации свойств материала, появлению и развитию макро дефектов и завершающийся нарушением сплошности и исчерпанием конструкцией её несущей способности. Для описания такого процесса необходимо иметь модели поведения материала, позволяющие рассчитать реальную историю процесса деформирования и накопления повреждений в опасных зонах конструктивных элементов при реальных эксплуатационных изменениях нагрузки и температуры, кинетические уравнения накопления повреждений, учитывающие основные стадии процесса разрушения и влияние на протекание этого процесса вида НДС, реализуемого в рассматриваемой точке материала. Кроме этого должны быть разработаны: модель

В соответствии с принятыми выше предположениями о влиянии поврежденности на процесс деформирования путем уменьшения эффективных площадок действия напряжений одинаково по всем направлениям, введем в рассмотрение две характеристики напряжений:
- истинные (или эффективные) напряжения а*, действующие на поврежденных площадках Э*;
- приведенные напряжения - статически эквивалентные
первым, но отнесенные к неповрежденным площадкам в0.
Связь между этими определениями напряжений можно записать в
виде:
ф =(1-®)'ф = (1-ю)-(а;* +8вст*) (1-3.1)
где о* и а'" - шаровая и девиаторная составляющие тензора
эффективных напряжений, связанных с соответствующими составляющими тензора упругих деформаций известными соотношениями упругости:
а;' = 20е'у; а* = ЗК(е - аТ) (1.3.2)
где 0=С(Т), К=К(Т) - модули сдвиговой и объемной деформации, а -коэффициент температурного расширения материала. С учетом (1.3.2) связь между приведенными напряжениями и составляющими упругих деформаций можно записать в виде:
=(1-со)[2ве,(у +6« ■ЗК(е-аТ)] = 2С*е;у + 8, • ЗК* (е - аТ) (1.3.3) где С*, К' - приведенные модули сдвиговой и объемной деформации С = (1-ю) в; К* = (1-ю)-К (1.3.4)
Таким образом, влияние поврежденное на процесс деформирования, в рамках принятых ранее предположений можно свести к изменению упругих характеристик материала в соответствии с уравнениями (1.3.4).
С учетом введенных понятий уравнения упругости для начального и текущего состояний можно записать в виде:
а," = 2С’ • е(,у; о' = ЗК' (е' - а'Т') (1.3.6)