Расчетно-экспериментальные методы управления внутренними напряжениями в неоднородных элементах конструкций энергетического машиностроения

• Автор: Челяпина, Ольга Ивановна
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В МЕХАНИКЕ ДЕФОРМИРУЕМОГО ТВЕРДОГО ТЕЛА.
1.1. Основные сведения о внутренних напряжениях в механике деформируемого твердого тела и их влияние на прочность элементов конструкций
1.1.1. Температурные напряжения
1.1.2. Остаточные напряжения
1.1.3. Напряжения в окрестности структурных неоднородностей
1.2.Прочностная надежность элементов конструкций энергетического машиностроения
1.3. У правление внутренними напряжениями на основе принципа суперпозиции в механике деформируемого тела
1.4.Выводы по главе
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ
2.1. Обзор аналитических, численных (математический эксперимент) и экспериментальных методов определения внутренних напряжений
2.2. Информационные технологии при аналоговом моделировании внутренних напряжений
2.3. Математические аналогии при определении температурных напряжений в поляризационно-оптическом методе
2.4. Выводы по главе
ГЛАВА 3. УПРАВЛЕНИЕ ВНУТРЕННИМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОЧНОСТНОЙ НАДЕЖНОСТИ ИЗДЕЛИЙ.
3.1. Основные возможности управления внутренними напряжениями: свойства материала, параметры эксплуатации, геометрическая форма изделий
3.2. Температурные напряжения в полом цилиндре с неоднородным коэффициентом теплопроводности
3.3. Термонапряженное состояние сферической оболочки с неоднородным коэффициентом теплопроводности
3.4. Управление уровнем внутренних напряжений в деталях машин
3.5. Термонапряженное состояние полого цилиндра с остаточными напряжениями
3.6. Экспериментальное моделирование температурных напряжений в окрестности эллиптических полостей
3.7. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ДИФФУЗИОННОЙ
КИНЕТИКЕ НЕОДНОРОДНЫХ СТРУКТУР
4.1. Внутренние напряжения в элементах конструкций с неоднородной структурой материала
4.2. Механизмы повышения прочности в системе материал-покрытие
4.3. Диффузионная проницаемость покрытий с внутренними напряжениями
4.4. Влияние внутренних напряжений на стабильность твердого раствора
4.5. Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы диссертации. В современном энергетическом машиностроении широко используются конструкции, типовые геометрические формы которых представляют собой сплошные и полые цилиндры, сферические оболочки, выполненные из структурно-неоднородных материалов. Кроме того, в элементах силовых приводов объектов энергетического машиностроения используются такие высоконагруженные детали как шестерни, подшипники, втулки и т.д. Особенностью процессов эксплуатации этих элементов конструкций является возникновение внутренних напряжений: температурных, остаточных, в окрестности структурных неоднородностей и т.п.
Каждый тип внутренних напряжений имеет свои характерные особенности, которые определяются физической природой их появления. Так, например, температурные напряжения возникают при неоднородном распределении температуры по объему материала. Они присущи элементам конструкций энергетических установок различного назначения, изделиям ядерной техники и др. [14,23]. Наиболее опасными являются растягивающие термонапряжения на поверхности изделий. При наличии концентраторов напряжений в виде микротрещин происходит их развитие в поле термонапряжений растяжения. Прочностная надежность изделий снижается. Поэтому при проектировании элементов конструкций различного назначения следует стремиться к уменьшению растягивающих приповерхностных термонапряжений.
Остаточные напряжения возникают в изделиях при проведении различных технологических операций, а также в процессе эксплуатации элементов конструкций. Обычно они локализованы в приповерхностных слоях материала изделий, а также в окрестности концентраторов напряжений. Уровень и характер их распределения в значительной мере определяет безопасность эксплуатации машиностроительных изделий различного назначения [9].
К внутренним напряжениям относятся также напряжения в окрестности структурных дефектов, где наиболее интенсивно протекают физико-химические

диссертационной работе для определения термонапряжений аналоговым методом разработаны автоматизированные системы на базе технологий National Instrument.
В настоящее время успешно применяется значительное число методов, основанных на использовании достижений экспериментальной оптики: поляризационно-оптический метод, метод муар, метод голографической и спекл-интерферометрии. Данные способы позволяют получать интегральную картину геометрических параметров деформации. Обработка полученной информации с привлечением теоретических уравнений упругости и пластичности позволяет исследовать внутренние напряжения с необходимой детализацией и точностью. Голографическая интерферометрия даёт полную информацию о перемещениях точек поверхности исследуемого объекта в процессе всевозможных на него воздействий: силового нагружения, температурного, вибрационного и т.д. Современные способы регистрации и расшифровки спекл-голограмм позволяют исследовать поля сложного пространственного напряженно-деформированного состояния конструкций, что недоступно другим экспериментальным методам [21]. Для регистрации перемещений наномасштабного диапазона - порядка одного нанометра используют метод электронной спекл-интерферометрии [26,27]. Для экспериментального определения внутренних напряжений также используют поляризационно-оптический метод (метод фотоупругости). В его основе лежит явление искусственного двойного лучепреломления, состоящее в том, что прозрачные материалы под нагрузкой приобретают оптическую анизотропию. Степень последней зависит от напряжённого состояния материала и характеризуется тензором диэлектрической проницаемости. Оптические величины, связанные с этим тензором могут быть определены при помощи поляризационных интерферометров. Модели для подобных исследований изготавливаются из оптически чувствительного материала с фотоупругим покрытием. Деформации покрытия повторяют деформации поверхности объекта. При просвечивании нагруженной модели пучком поляризованного поля возникает интерференционная картина, которая дает информацию в виде интерференционных полос о величине и направлении внутренних напряжений.