Исследование и разработка метода расчета активных элементов энергетических установок на основе сплавов с памятью для ФАР

• Автор: Зенин, Владислав Александрович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 136 с. : ил.

Оглавление
Введение 3 .
Глава 1. Современные методы расчета активных элементов из сплавов с памятью для приводных устройств непрерывного действия
1.1. Специальные свойства сплавов с памятью
1.2. Полуфабрикат и заготовка
1.3. Расчет и проектирование активного элемента
Выводы по главе 1
Глава 2. Требования к заготовкам и активным элементам
2.1. Заготовки и активные элементы
2.2. Конструктивное исполнение активного элемента
2.3. Подготовка активного элемента
Выводы по главе 2
Глава 3. Теоретические исследования работы активного элемента
3.1. Расчет АЭ на стадии нагрева
3.2. Теоретические основы расчета АЭ
3.3. Расчет напряжённо-деформированного состояния АЭ
3.4. Оценка энергоэффективности АЭ
Выводы по главе 3
Глава 4. Экспериментальные исследования
Выводы по главе 4
Глава 5. Метод расчета активного элемента
5.1. Исходные данные
5.2. Последовательность расчета АЭ
5.3. Пример расчета АЭ для ЭУ
Выводы по главе 5
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность темы исследования
Сплавы с памятью (СП) широко применяются в различных областях техники, в том числе в авиакосмической, радиолокационной, СВЧ - технике, электротехнике, машиностроении, автомобилестроении, нефтяной и газовой, медицине и в других областях.
В частности, применение энергетических установок (ЭУ) на основе СП способно повысить эффективность работы крупногабаритных стационарных фазированных антенных решеток (ФАР), где тепловые потери составляют десятки или сотни кВт. ЭУ обеспечивает частичную рекуперацию тепловой энергии из жидкостной системы охлаждения ФАР.
Сплавы с памятью относятся к категории функциональных материалов и отличаются от традиционных сплавов тем, что они обладают рядом специальных свойств: термомеханическая память (ТМП), сверхупругость, эффект памяти формы (ЭПФ), высокая демпфирующая способность, термическое упрочнение СП.
Одним из основных свойств СП является ТМП - преобразование тепловой энергии в механическую работу, в некоторых случаях с применением свойства ЭПФ.
На основе свойства ТМП созданы различные приводные устройства (ПУ), в том числе непрерывного действия.
Приводные устройства предназначены для преобразования какой-либо энергии (тепловой или электрической), в механическую работу. В зависимости от функционального назначения приводные устройства на основе сплавов с памятью можно разделить на два вида: электропривод (ЭП) и энергетическая установка (ЭУ).
Преобразование энергии в механическую работу осуществляется с помощью активных элементов (АЭ) из СП в которых используется свойство ТМП.

ЭП преобразует подводимую электрическую энергию в механическую. Охлаждение осуществляется внешней средой (жидкостью или воздухом).
ЭУ преобразует тепловую энергию (солнечный свет, геотермальное тепло, системы охлаждения промышленных объектов и т.д.) в механическую работу (среда нагрева), охлаждение осуществляется во второй среде (воздух или жидкость).
Далее будут рассматриваться АЭ для работы в составе ЭУ турбинного типа.
ГГУ находят широкое применение в различных областях техники, в том числе в авиакосмической, радиолокационной, СВЧ - технике, электротехнике, машиностроении, автомобилестроении, нефтяной и газовой отрасли, медицине и в других областях.
Расчеты и проектирование АЭ для ЭУ и ЭП во многом одинаковы, но есть существенные различия, если к ЭМ подводится электрическая энергия и управление осуществляется регулировкой по мощности, то для ЭУ процесс движения осуществляется автоматически и обеспечивается схемными и конструктивными решениями, которые определяются при проектировании.
Важное значение для работы активного элемента имеют свойства используемых СП, которые применяются не только для АЭ, но и в других областях. При этом, во всех случаях, как правило, применяются сплавы системы №-П которые далее и будут рассматриваться. В частности широкое применение получили термомеханические соединения (ТМС) (муфты для трубопроводов) для которых разработаны стандарты конструктивного исполнения, технология изготовления и поставки. Натяг в соединении обеспечивается свойством сверхупругости сплава. АЭ обеспечивает преобразование тепловой энергии в механическую работу в интервале температур прямого и обратного мартенситного превращения. Поэтому для их расчета и проектирования требуется иной подход, который требует соответствующей разработки.
В то же время вопросы расчета и проектирования АЭ освещены мало и требуют дальнейшей проработки.

Рис. 5.1. Диаграмма монотонного изотермического нагружения и разгрузки образца в мартенситном состоянии при комнатной температуре. Отжиг при 450°С, 30 мин. Модуль разгрузки Ем = 27610 МПа.
- нагрев детали до аустенитного состояния, с последующим охлаждением, сопровождающимся приложением нагрузки. На рис. 5.2. схематично изображены графики зависимости деформации от температуры при таком варианте тренировки [24].
Рис. 5.2. Графики зависимости деформации от температуры при охлаждении образцов из Т1№ под действием различных постоянных напряжений. Для кривых снизу вверх напряжения возрастают.