Математическая модель и методы исследования контактного взаимодействия при температурном и радиационном воздействии на тело

• Автор: Кукушкин, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 117 с. : ил.

Оглавление

Принятые сокращения

Введение
Глава 1. Обзор основных теоретических и экспериментальных исследований в области моделирования контактного взаимодействия при температурном и радиационном воздействии на тело

Контактное взаимодействие.

Учет нелинейных эффектов в моделях механики контактной псевдосреды

Изменение механических свойств при нагружении. Зона предразрушения.

Глава 2. Метод конечных элементов для задач о немеханическом воздействии

Функции формы пространственного симплексэлемента.

Деформации.

Напряжения. Матрица упругости.

Эквивалентные узловые силы
Равновесие конечно элементной конструкции.
Глава 3. Модель контактного взаимодействия с использованием контактной псевдосреды
Описание используемого контактного конечного элемента
Модель материала, изменяющего свойства под действием напряжений.
Образование и развитие зоны предразрушения.
Глава 4. Программный модуль
Алгоритм работы программного модуля.
Сравнение результатов, полученных с помощью модуля с аналитическими
Задача о нагревании сектора цилиндра внутри сектора цилиндрической оболочки.
Задача о нагревании сектора цилиндра внутри сектора цилиндрической оболочки с учетом образования и развития зоны предразрушения.
Глава 5. Внедрение программного модуля для трехмерного моделирования механического взаимодействия топлива с оболочкой в код РТОП.
Моделирование механического поведения твэла в одномерной постановке.
Учет пластических деформаций в 3Т расчетах термомеханического поведения твэла.
Моделирование экспериментов по механическому поведению твэла
Итоги внедрения ЗЭ модуля.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
Публикации по теме диссертации
Список литературы


Представлена комплексная модель напряженно-деформированного состояния тепловыделяющего элемента, учитывающая контактное взаимодействие, неоднородность свойств материала (вследствие внешнего воздействия), температурные напряжения, образование и развитие зон предразрушения. Построен алгоритм расчета на основе данной модели с использованием МКЭ. Реализован программный модуль для проведения имитационного моделирования тепловыделяющего элемента. Использованные современные компьютерные технологии распараллеливания вычисления CUDA и ОрепМР позволили сократить время расчета в 5 - 7 раз по сравнению с расчетом на одном процессоре. Достоверность результатов обеспечивается обоснованностью использованных теоретических зависимостей, корректностью постановки задач, применением известных математических методов и подтверждается качественным и количественным совпадением результатов для частных и предельных случаев. Практическая ценность работы состоит в создании программного модуля, с помощью которого решена практически важная задача, а так же возможность включения данного модуля в САЕ систему. Интеграция в пакет проекта FIDESYS (Поддержка Сколково). Результаты использовались при выполнении договора на выполнение ПИР “Реализация технологии CUDA для численного решения задач термомеханического поведения ядерного топлива”. Модификация модели, описывающей изменения свойств среды при нагружении и немеханическом воздействии. Модификация алгоритма решения контактной задачи с использованием контактной псевдосреды. Программный модуль имитационного моделирования напряженного состояния тепловыделяющего элемента. Результаты решения частных задач о контактном взаимодействии с учетом немеханического воздействия и изменения свойств среды под действием напряжений. Основные положения диссертации доложены на следующих научно-технических конференциях: «Проблемы шин и резинокордовых композитов». Москва, г. Современные проблемы механики, математики и информатики». Тула, г. Ломоносовские чтения». Москва, , гг. Международной научной конференции «Современные проблемы механики, математики и информатики». Тула, г. European Conference on Computational Mechanics «ЕССМ IV». Paris, г. XII научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов, студентов РХТУ им. Д.И. Менделеева (Новомосковский филиал)». Новомосковск, г. Международной научной конференции «Современные проблемы механики, математики и информатики» Тула, г. Международном молодежном научном форуме «Ломоносов - ». По материалам проведенных исследований опубликовано печатных работ. В том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, основных результатов и выводов по работе, списка литературы, приложений. В первой главе рассмотрены основные теоретические и экспериментальные исследования в области решения контактных задач, немеханического влияния и задач о материалах изменяющих свойства при нагружении. Вторая глава посвящена разработке варианта метода численного анализа для случая, когда тело подвергается механическому и не механическому воздействию. Третья глава посвящена разработке модели контактного взаимодействия с использованием «контактной псевдосреды». Приводится модифицированная модель контактного взаимодействия, используемая в программном модуле. Описана модель материала, изменяющего свойства под действием напряжений. Приводится критерии образования и роста зоны предразрушения. Четвертая глава содержит алгоритм, краткое описание программного модуля и решения тестовых и практических задач. Приводится анализ решения задачи о нагревании сектора цилиндра внутри сектора цилиндрической оболочки, а также задачи о нагревании сектора цилиндра внутри сектора цилиндрической оболочки с учетом образования и развития зоны предразрушения. Пятая глава посвящена практическому применению программного модуля. В ней приводятся описание особенностей кода РТОП, используемая им одномерная (осесимметричная) модель твэла, а также особенности использования программного модуля. Приводятся результаты тестовых расчетов, сравнение их е экспериментами.