Статьи журнала - Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика
Все статьи: 1009
Статья научная
Разработана трехмерная численная модель функционирования пьезоэлектролюминесцентного оптоволоконного датчика, закрепленного на поверхности фрагмента композитной пластины. Расчетная область датчика - оптоволокно с двумя концентрическими оболочками из 6 секторов электролюминесцентного и пьезоэлектрического материалов, два управляющих электрода на межфазных поверхностях: «оптоволокно/электролюминофор» и «пьезоэлектрик/корпус». Корпус выполнен в виде полуэллиптической цилиндрической полимерной оболочки, прямоугольное основание которой закреплено на поверхности стеклопластиковой пластины. В секторах пьезоэлектрической оболочки направления поляризации трансверсально-изотропного полимерного пьезоэлектрика PVDF различны и некомпланарны для любых трех секторов. Деформирование пластины обусловливает деформирование закрепленного на ее поверхности датчика, возникновение в нем информативных пьезоэлектрических полей и, как следствие, появление информативных свечений электролюминесцентных элементов. Искомая информация о сложном деформированном состоянии композитной пластины по длине датчика находится по результатам цифровой обработки интегральных интенсивностей полихромных световых сигналов на выходе из оптоволокна. Представлены новые численные результаты моделирования распределений неоднородных электроупругих полей в многофазном объеме датчика, окружающем его корпусе и внутри фрагмента композитной пластины при простых случаях электрического и механического нагружений. Нагружения системы «датчик - корпус - пластина» осуществлены управляющим электрическим напряжением на электродах датчика и механическим деформированием пластины: растяжениями вдоль поперечной и продольной осей, закручиваниями вокруг данных осей и изгибами в поперечной и продольной плоскостях. Определены численные значения управляющих и информативных передаточных коэффициентов пьезоэлектролюминесцентного оптоволоконного датчика, позволяющие выполнять достоверную и высокоточную диагностику сложного деформирования композитных пластин и осуществлять проектирование датчиков данного типа.
Бесплатно
Численное решение задачи о течении высоковязкой жидкости с монодисперсным наполнителем
Статья научная
Представлено численное исследование потока высоковязкой монодисперсной суспензии. Решение основано на методе конечных элементов Галеркина для объемно-усредненной комбинированной системы уравнений, управляющей монофазной непрерывной медийной механикой. Преодолевает трудности решения нелинейных системных уравнений с помощью эволюционных схем.
Бесплатно
Численное решение некоторых двумерных задач для упругопластической микрополярной среды
Статья научная
Работа посвящена численному решению задач для упругопластической среды Коссера в постановке плоского деформированного состояния. Обсуждаются особенности применения конечно-разностного метода для решения системы уравнений, описывающей процессы упругопластической деформации в среде с независимыми поворотами. Для определения расчетного шага по времени учитываются скорости распространения возмущений, связанных с внутренним вращением. В качестве примера рассмотрена задача локализации пластической деформации в однородной среде с концентратором напряжений.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена разработке, реализации и сравнительному анализу эффективности двух алгоритмов численного решения коэффициентной обратной задачи Стефана, возникающей при моделировании процесса формирования ледопородного ограждения вокруг проектируемого сечения вертикального шахтного ствола. Образование ледопородного ограждения происходит в результате искусственного замораживания грунтовых вод, содержащихся в породном массиве. Моделирование распределения температурного поля в породном массиве основывается на двумерной задаче Стефана в энтальпийной постановке. Целью работы является определение объемной теплоемкости слоя породного массива по данным изменения температуры от времени в нескольких термических скважинах. Задача определения неизвестных теплофизических параметров формулируется в виде коэффициентной обратной задачи Стефана, записанной в вариационной постановке. В результате исследования было разработано два алгоритма численного решения коэффициентной обратной задачи Стефана. Первый алгоритм основан на итеративном методе оптимизации сопряженных градиентов, второй - на итеративном методе оптимизации наискорейшего спуска. В первом алгоритме расчет градиента функционала невязки и определение параметров метода оптимизации происходит путем решения задачи в приращениях температуры и сопряженной задачи. Во втором алгоритме для расчета градиента функционала и параметров метода наискорейшего спуска используются коэффициенты чувствительности. Решение прямой задачи, задачи в приращениях температуры и сопряженной задачи выполняется методом конечных элементов. Особенность методов оптимизации, используемых в предложенных алгоритмах, заключается в том, что они обладают регуляризующими свойствами. Сравнение эффективности предложенных алгоритмов проводилось при решении обратной коэффициентной задачи Стефана, заключающейся либо в определении объемной теплоемкости для зоны льда или зоны охлаждения, либо в определении объемных теплоемкостей для обеих зон. Полученные результаты свидетельствуют о том, что оба алгоритма позволяют получить решения поставленной коэффициентной обратной задачи Стефана с достаточно хорошим уровнем точности. Однако скорость сходимости второго алгоритма выше, чем первого. Представленный подход к моделированию процесса формирования ледопородного ограждения как коэффициентной обратной задачи Стефана и разработанные алгоритмы могут быть использованы для проектирования и уточнения исходных данных при строительстве вертикальных шахтных стволов с использованием технологии искусственного замораживания.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлен алгоритм, основанный на решении задачи о собственных колебаниях, позволяющий находить компоновки электромеханических систем, обеспечивающие наилучшее демпфирование колебаний либо одной заданной моды, либо их совокупности в пределах некоторого непрерывного диапазона частот. Под электромеханической системой понимается упругая конструкция с размещенными на ее поверхности пьезоэлементами, к электродированным поверхностям которых присоединены пассивные электрические цепи. Пьезоэлектрические элементы, зашунтированные электрической цепью, при этом являются устройствами, на которых происходит диссипация энергии, и тем самым осуществляется демпфирование колебаний. Изменение демпфирующих свойств такой системы может быть достигнуто за счет выбора параметров электрической цепи и соответствующего расположения пьезоэлемента, позволяющего обеспечить наибольший отток электрической энергии во внешнюю электрическую цепь. В статье приведена математическая постановка задачи о собственных колебаниях кусочно-однородных электроупругих тел, зашунтированных внешними пассивными электрическими цепями, решением которой являются комплексные собственные частоты колебаний, с действительной частью, представляющей собой частоту, и мнимой - показатель демпфирования колебаний. Предложены методики определения места расположения пьезоэлемента на поверхности конструкции и параметров внешней электрической цепи, шунтирующей пьезоэлемент, на основе полученных при решении задачи о собственных колебаниях значений комплексных собственных частот. Предложенный подход продемонстрирован на примере оболочки в форме полуцилиндра, к поверхности которой присоединен пьезоэлемент в форме сегмента кольца, выполненный из пьезокерамики PZT-4, к электродированным поверхностям которого присоединена последовательная резонансная ( RL- ) электрическая цепь. Поставленная задача решается численно методом конечных элементов с использованием возможностей коммерческого пакета программ ANSYS.
Бесплатно
Численный алгоритм решения задачи о больших упругопластических деформациях МКЭ
Статья научная
Работа посвящена методике исследования конечных упругопластических деформаций. В качестве тензоров, описывающих деформацию и скорость деформации, используются левый тензор Коши–Грина, тензор пространственного градиента скорости и тензор деформации скорости. Вводится удельная потенциальная энергия деформации, которая зависит от левого тензора Коши–Грина. Рассмотрен изотропный материал. Напряженное состояние описывается тензором истинных напряжений Коши–Эйлера, который определяется в актуальном состоянии. Получены линеаризованные определяющие соотношения упругого деформирования в виде зависимости производной Трузделла тензора напряжении Коши–Эйлера от деформации скорости. В рамках теории течения используются аддитивное представление для полной деформации скорости. Предполагается справедливость ассоциированного закона течения. Критерием упругого деформирования является условие Мизеса–Губера. Алгоритм исследования основан на методе последовательных нагружений. В качестве базового уравнения принимается уравнение мощностей в актуальном состоянии. После линеаризации получена разрешающая система линейных уравнений, где неизвестным является приращение перемещений в текущем временном слое. При моделировании пластических деформаций применяется метод проецирования напряжений на поверхность текучести с итерационным уточнением текущего напряженно-деформированного состояния, основанным на введение в разрешающие уравнение мощности дополнительных напряжений. В качестве примера рассмотрено построение алгоритма решения для материала второго порядка. Выбрано соответствующее выражение потенциала упругих деформаций, критерием пластического течения служит условие Губера–Мизеса с изотропным упрочнением. Получены линеаризированные определяющие соотношения. Численная реализация основана на методе конечных элементов. Используется восьмиузловой конечный элемент. Созданный алгоритм исследования больших упругопластических деформаций опробован на решении тестовой задачи о растяжении круглого стержня с образованием шейки. Приводятся результаты решения и сравнение с результатами, полученными другими авторами. Также исследовалось деформирование квадратной плиты под действием внутреннего давления.
Бесплатно
Статья научная
В рамках данной работы на основе решения задачи о вынужденных установившихся колебаниях кусочно-однородных электровязкоупругих тел проведена оценка их механического отклика на совместное воздействие механических (силовых, кинематических) и электрических (разность потенциалов, электрический ток) нагрузок в их различной комбинации. Объектом исследования является консольно-защемленная пластина с присоединенным к ее поверхности пьезоэлементом. Пластина выполнена из вязкоупругого материала, механическое поведение которого описывается комплексными динамическими модулями. Материал пьезоэлемента - упругая пьезокерамика. В качестве параметра, характеризующего механический отклик, принята амплитуда вынужденных установившихся колебаний перпендикулярной к поверхности пластины компоненты вектора перемещений свободного торца. Вариационное уравнение движения рассматриваемого объекта формулируется на базе соотношений линейной теории упругости, линейной теории вязкоупругости и уравнений Максвелла для проводящей среды в квазистатическом приближении. Диапазоны изменения значений возбуждающего воздействия для заданных мод при моделировании вынужденных установившихся колебаний объекта выбраны на основе значений собственных частот колебаний, полученных из решения задачи о собственных колебаниях электровязкоупругих тел. Численная реализация поставленной задачи осуществляется в пакете прикладных программ конечно-элементного анализа ANSYS. В результате численных экспериментов установлены характерные особенности зависимости величины механического отклика системы от типа и величины внешних воздействий. Продемонстрировано, что при совместном действии двух нагружающих факторов открываются дополнительные возможности управления величиной механического отклика электровязкоупругой системы.
Бесплатно
Статья научная
В условиях урбанизации территорий России и мира возросли требования к ответственным элементам транспортно-логистических систем. К таким конструкциям относятся опорные части пролетных строений мостов, которые воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки от мостового пролета, а также поглощают тепловое расширение и сжатие, усадки, сейсмические возмущения и т.д. Из-за стабильного роста парка машин и увеличения нагрузок на элементы мостовых сооружений возрастают требования к прочности, долговечности, износостойкости, безремонтным периодам работы и т.д., предъявляемые к опорным частям пролетных строений мостов. При этом на протяжении длительного времени международные и российские компании занимаются разработкой и созданием новых полимерных и композиционных материалов, которые обладаю улучшенными физико-механическими, фрикционными, термомеханическими и реологическими свойствами и могут быть использованы в качестве тонких слоев скольжения опорных частей мостов. Выделен ряд задач, связанный с исследованием влияния свойств материалов и геометрической конфигурации опорных частей мостов с целью рационализации работы конструкции. В статье рассмотрено три актуальные задачи механики деформируемого твердого тела. Выявлены качественные и количественные закономерности деформационного поведения современных антифрикционных полимерных и композиционных материалов в качестве относительно тонких слоев скольжения сферических опорных частей мостов с целью формулировки научно обоснованных практических рекомендаций по подбору материала прослойки относительно работы исследуемого узла. Проведен анализ влияния физико-механических, фрикционных, термомеханических и реологических свойств материалов слоя скольжения на деформирование конструкции в целом и изменение параметров зоны контакта в частности, а также анализ влияния геометрической конфигурации слоя скольжения на работу конструкции. Установлено, что при фрикционном контакте с учетом смазки по сопрягаемым поверхностям наблюдается значительное снижение площади полного сцепления контактных поверхностей, в том числе до 0, и появление или увеличение площади расхождения контактных поверхностей. При этом, если увеличить толщину слоя скольжения, процент поверхности, на которой наблюдается расхождение контактных поверхностей, уменьшается в среднем более чем в 2 раза.
Бесплатно
Численный анализ деформационных процессов в оптоволоконном датчике
Статья научная
Рассмотрены деформационные процессы, происходящие в системе подложка-клей-оптоволоконный датчик. Задача поставлена в рамках линейной теории термовязкоупругости. Решение производилось численно с использованием возможностей конечно-элементного пакета ANSYS, для решения применялась процедура метода пошагового интегрирования. Определено распределение деформации по длине оптоволоконного датчика, благодаря этому установлена минимально допустимая длина датчика. Получены зависимости для различных случаев нагружения и модели датчика, определена эволюция деформаций в датчике. Выявлено, что использование оболочки DeSolite 3471-1-152А недопустимо вследствие падения деформации более чем на порядок за малый промежуток времени.
Бесплатно
Статья научная
Объектом исследований являлись открытые с торцов стеклопластиковые цилиндрические оболочки, изготовленные перекрестной намоткой лент однонаправленного композитного материала. Цель работы - разработка методики численного моделирования процесса прогрессирующего разрушения слоистых композитных цилиндрических оболочек при многократном нагружении импульсом внутреннего давления различной интенсивности. Кинематическая модель деформирования слоистого пакета основывается на прикладной геометрически нелинейной теории оболочек. Формулировка геометрических зависимостей базируется на соотношениях простейшего квадратичного варианта нелинейной теории упругости. Физические соотношения элементарного слоя формулируются на основе обобщенного закона Гука для ортотропного материала с учетом гипотез прикладной теории оболочек. Процесс прогрессирующего разрушения оболочки описывается в рамках модели деградации жесткостных характеристик элементарных слоев многослойного пакета, которая базируется на критерии Хоффмана для композитного материала и на критерии максимальных напряжений для волокон. Процесс накопления поврежденности в материале оболочки, обусловленный многократным приложением импульсной нагрузки, учитывается посредством вычислительной схемы, в которой расчет текущего напряжено-деформированного состояния осуществляется с жесткостными характеристиками, полученными в рамках модели их деградации при предыдущем нагружении. Энергетически согласованная система уравнений движения прикладной теории оболочек выводится из условия стационарности функционала полной энергии оболочки.Численный метод решения сформулированной начально-краевой задачи основывается на явной вариационно-разностной схеме. Достоверность рассматриваемой методики обоснована сравнением полученных результатов с известными экспериментальными данными. Приведены результаты влияния числа нагружений на величину предельных окружных деформаций. Установлено, что уровень максимальных кольцевых деформаций ниже их предельных значений по сравнению с однократным нагружением примерно в десять раз.
Бесплатно
Численный анализ эволюции напряженно-деформированного состояния кристаллизующихся лопаток турбин
Статья научная
Описаны основные дефекты, возникающие при изготовлении лопаток газотурбинных двигателей. На основе разработанной математической модели изучено напряженно-деформированное состояние кристаллизующейся блочной лопатки турбины низкого давления. Выявлены факторы, влияющие на НДС отливки в процессе кристаллизации, и проведены численные исследования с различными возможными значениями этих факторов. Установлен режим изготовления лопатки, позволяющий избавиться от коробления и трещин в отливке.
Бесплатно
Шкив регулируемого диаметра для бесступенчатого вариатора
Статья научная
Предлагается конструкция бесступенчатого приводного шкива с регулируемым диаметром. Рабочие поверхности шкивов математически определяются с учетом сцепления с гибким звеном.
Бесплатно
Статья обзорная
Изделия из металлов и сплавов с мелкозернистой структурой, обладающие высокими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками, приобретают все бóльшую востребованность во многих технических и технологических областях. Наиболее распространенными и эффективными технологиями производства деталей из указанного класса материалов являются различные процессы интенсивного пластического деформирования (ИПД) (как правило, при невысоких гомологических температурах). В то же время для достижения больших степеней деформации значительная часть металлов и сплавов требует повышенных температур обработки, испытывают существенный разогрев в процессах деформирования, что может сопровождаться изменениями зеренной и субзеренной структуры вследствие процессов возврата и рекристаллизации. Эмпирический подход к разработке режимов ИПД, обеспечивающих формирование необходимой зеренной структуры, требует огромных временных и финансовых затрат, в связи с чем значительное внимание исследователями в области механики деформируемого твердого тела и обработки металлов давлением уделяется подходам и методам математического моделирования. Следует отметить, что в последние годы интенсивно растет число публикаций по данной тематике. Известные на текущий момент модели существенно отличаются подходами, глубиной проникновения в физику процессов, масштабами рассмотрения. Предлагаемый краткий обзор ориентирован на качественный анализ работ по указанной тематике, предварительную классификацию существующих моделей по их предназначению, универсальности, функциональным возможностям. Представляется возможным выделить два наиболее распространенных подхода к описанию изменения зеренной структуры в процессах термомеханической обработки металлов и сплавов: континуальный (в большинстве случаев - одноуровневый) и многоуровневый, основанный на введении внутренних переменных и физических теориях; настоящий обзор посвящен рассмотрению публикаций, ориентированных на первый из указанных подходов. Наиболее распространенными до настоящего времени являются макрофеноменологические континуальные модели, основанные на анализе данных экспериментов, проведенных как в лабораториях на макрообразцах, так и в условиях реального производства. Модели этого класса формулируются обычно в виде операторных соотношений над полевыми величинами, обладают относительной простотой реализации в силу легкой «встраиваемости» в широко используемые коммерческие пакеты программ, однако требуют значительных затрат на проведение опытов для идентификации моделей, характеризуются низкой степенью универсальности. Относительно менее распространенными, однако все же часто используемыми являются также континуальные теории, основанные на описании физических механизмов и эволюции строения металлов и сплавов в терминах континуальных переменных.
Бесплатно
Статья обзорная
Хорошо известно, что эксплуатационные свойства изделий из металлов и сплавов определяются главным образом мезо- и микроструктурой последних. Структура материалов формируется и претерпевает существенные изменения в процессах изготовления деталей и конструкций методами термомеханической обработки. Важным параметром, определяющим физико-механические характеристики материалов, является зеренная структура (размер, форма, взаиморасположения зерен и включений различных фаз). Особое внимание в последние десятилетия в связи с этим уделяется процессам интенсивной пластической деформации (ИПД), позволяющим получать зеренную структуру субмикро- и нанокристаллического строения, обеспечивающую существенное повышение эксплуатационных свойств изделиям из металлов и сплавов. Разработка технологий ИПД в современных условиях немыслима без математического моделирования рассматриваемых процессов; важнейшей составляющей при разработке такого «инструментария» являются определяющие соотношения (или - более широко - конститутивные модели). В связи с вышесказанным последние должны обладать возможностью описывать эволюционирующую структуру на различных масштабных уровнях. До настоящего времени в практике деятельности разработчиков технологий переработки материалов преобладает применение макрофеноменологических моделей, основанных на классических континуальных теориях пластичности, вязкопластичности, ползучести. Со второй половины ХХ в. и до настоящего времени предлагаются различные усовершенствования конститутивных моделей указанного выше класса, в которые вводятся дополнительные параметры и кинетические уравнения для них, описывающие те или иные характеристики структуры материалов. Как правило, такие модели позволяют получить адекватную картину изменяющейся структуры, однако - для конкретных материалов и способов термомеханической обработки. При этом подобные модели, к сожалению, не обладают необходимой универсальностью, при изменении материала или способа обработки их приходится существенно «подгонять» под конкретные условия, вплоть до полного изменения входящих в модель соотношений. Краткий обзор работ, посвященных созданию и применению моделей данного класса, приведен в предыдущей статье авторов. Наиболее перспективными и обладающими значительной степенью универсальности, по мнению авторов, в настоящее время являются многоуровневые конститутивные модели, основанные на введении внутренних переменных и физических теориях пластичности (упруговязкопластичности). Обзор работ, в которых рассматриваются различные аспекты построения, модификации, численной реализации и применения таких моделей, предлагается в настоящей статье. Основное внимание уделено моделям, ориентированным на описание изменения структуры материалов, обусловленных дислокационно-дисклинационными механизмами; приведена краткая справка о моделях, в которых учитываются термически активируемые диффузионные механизмы, за счет которых реализуются процессы возврата и рекристаллизации.
Бесплатно
Статья научная
Исследованы закономерности эволюции полей технологических напряжений в цилиндрическом силовом стержне для заготовки оптоволокна типа Panda в процессе отжига. Реализована математическая модель формирования технологических напряжений, построенная на основе соотношений линейной термовязкоупругости, в температурных режимах, соответствующих технологическому процессу отжига силового стержня. Установлены количественные характеристики релаксации напряжений в различных условиях протекания процесса отжига. Выявлены режимы, приводящие к максимально возможному снижению опасных растягивающих нормальных напряжений и интенсивности тензора напряжений. Установлено, что для стержней, закон легирования в которых близок к равномерному, процесс отжига является более эффективным, чем для стержней с законами легирования, близкими к параболическому.
Бесплатно
Эволюция температурных напряжений в задаче Гадолина о сборке двухслойной упругопластической трубы
Статья научная
Работа направлена на решение задачи теории неустановившихся температурных напряжений, моделирующей операцию сборки двухслойной упругопластической трубы способом горячей посадки (задача Гадолина). Условие пластического течения принимается в форме кусочно-линейного условия максимальных приведенных напряжений (условие Ишлинского - Ивлева) с пределом текучести, параболически зависящим от температуры. Показано, что при решении механической части несвязной задачи теории температурных напряжений расчеты обратимых и необратимых деформаций и напряжений возможно провести численно-аналитически без обращения к приближенным процедурам вычисления и, следовательно, без дискретизации расчетных областей. Рассматривается последовательность возникновения и исчезновения разных областей пластического течения в зависимости от перехода напряженных состояний с одной грани поверхности нагружения (призмы Ивлева) на ее ребро и далее на иную грань при производстве сборки и последующем ее остывании. При разном выборе параметров задачи некоторые из отмеченных пластических областей могут не появляться. Однако других областей пластического течения, изменяя геометрию задачи, свойства материалов сборки и уровень нагрева, получить невозможно. В этом заключается полнота расчетов. Появляются и исчезают только такие пластические области, которые здесь схематически представлены. В отличие от классического случая, заключающегося в равномерном нагреве внешней трубы, в данной статье рассматривается широко используемый на практике случай неравномерного нагрева внешней трубы с внутренней поверхности. При этом рассчитываются, а после учитываются необратимые деформации, зародившиеся в материале трубы до момента посадки. Приводится сравнение распределения остаточных напряжений, полученных при равномерном и не равномерном нагреве внешней трубы.
Бесплатно
Статья научная
В работе проведены экспериментальные и расчётные исследования кратковременной прочности растягиваемых стержней из пластичного материала с U- и V-образными острыми надрезами. В качестве модельного материала выбран термопласт-акрил-бутадиен-стирол (АБС). Образцы диаметром около 5 мм получены на одношнековом экструдере плавлением гранул. В первом разделе работы изучена зависимость механических свойств АБС в широком диапазоне квазистатических скоростей деформирования (0,02-10 мин-1). Показано, что в этих условиях при однократном нагружении материал можно считать упругопластическим с модулем упругости 2200 МПа, пределом текучести, равным 41 МПа и независящим от скорости деформирования с погрешностью не более 5 %. Для десятикратных образцов остаточные продольные деформации при разрушении составили 15-25 %, остаточное сужение поперечного сечения составило 30-50 %. Образцы для испытаний имели U-образные надрезы с радиусом закругления 1,6 мм. Угол острых V-образных надрезов составлял 60°. Глубину односторонних надрезов варьировали в диапазоне 0-3,5 мм. Получено, что предельная нагрузка, выдерживаемая образцами с V-образными вырезами, превышает соответствующую нагрузку образцов с U-образными вырезами той же глубины из-за большего стеснения пластических деформаций материала в зоне выреза. Вырезы глубиной до 0,7 мм практически не снижают предельной нагрузки отмеченных образцов. Во втором разделе работы с помощью МКЭ выполнен расчёт кинетики упругопластического деформирования и разрушения с использованием нелокального подхода, явной схемы интегрирования в пакете ANSYS Workbench. Расчёты показали, что предельная нагрузка определяется лишь пределом текучести материала и конфигурацией выреза. Разрушение на части (в ANSYS - это технология удаления критически деформированных конечных элементов) происходит при меньших нагрузках, зависящих от ресурса пластичности материала и конфигурации выреза. Расчётные значения предельных и разрушающих нагрузок хорошо согласуются с экспериментальными данными. Методика может быть рекомендована для оценки прочности деталей сложной формы из пластичных материалов с произвольными концентраторами напряжений.
Бесплатно
Статья научная
Развита математическая модель неупругого деформирования конструкционных сталей, описывающая процессы термовязкопластического деформирования с учетом взаимного влияния эффектов пластичности и ползучести. Разработан алгоритм интегрирования определяющих соотношений термовязкопластичности, заключающийся в формулировке определяющих соотношений в приращениях, зависящих от выбранного шага по времени. При прохождении сложных участков траектории деформирования временной шаг может корректироваться в течение всего расчетного времени процесса при условии устойчивости вычислений. Напряжения, пластические деформации и деформации ползучести определяются интегрированием определяющих соотношений термоползучести методом Рунге-Кутта с коррекцией девиатора напряжений и последующим определением напряжений согласно уравнениям термопластичности с учетом средней деформации ползучести в каждый следующий момент времени. Проведены экспериментальные исследования взаимного влияния процессов ползучести, пластичности и эффектов высокотемпературных выдержек на примере стали 12Х18Н9. Методом численного моделирования на ЭВМ кинетики напряженно-деформированного состояния (НДС) лабораторных образцов и сравнения полученных результатов с данными натурных экспериментов проведена аттестация развитой модели термовязкопластичности и алгоритма интегрирования определяющих соотношений, позволившая сделать вывод о достоверности модельных представлений и методики определения материальных параметров при совместном действии механизмов усталости и ползучести. Проведено сравнение результатов численного и натурного экспериментов по растяжению лабораторных образцов из стали 12Х18Н9 при различных историях изменения температуры и механической деформации. Показано, что развитая модель термовязкопластичности качественно и количественно описывает основные эффекты неупругого деформирования конструкционных сталей при различных историях изменения механической деформации и температуры. Сделан вывод о достоверности определяющих соотношений термовязкопластичности и точности вышеописанной методики интегрирования.
Бесплатно
Статья научная
Для оценки прочности и ресурса ответственных инженерных объектов развита модель повреждённой среды, состоящая из трёх взаимосвязанных частей: соотношений, определяющих вязкоупругопластическое поведение материала, кинетических уравнений накопления повреждений и критерия прочности повреждённого материала. Приведены экспериментально-теоретические методики определения параметров уравнений механики повреждённой среды для описания процессов деградации начальных прочностных свойств конструкционных материалов (металлов и их сплавов) при механизмах усталости и ползучести. Результаты сопоставления расчетных и экспериментальных данных показали, что разработанная модель повреждённой среды достоверно описывает долговечность конструкций при совместном действии механизмов усталости и ползучести.
Бесплатно
Статья научная
Волоконно-оптические датчики (ВОД) - стремительно развивающаяся отрасль измерительной техники. Благодаря высоким эксплуатационным свойствам они постоянно расширяют сферу своего применения в различных областях техники. Во всем мире проводится большое количество исследовательских работ в данной области. Большинство опубликованных статей посвящены практическому применению ВОД и принципам их работы с точки зрения оптики и электроники. В данной статье волоконно-оптический датчик рассматривается как механическая система. Процесс формирования показаний датчика происходит при его взаимодействии с окружающей средой, являющейся носителем измеряемой величины. В этом процессе можно выделить три различных аспекта, определяющих результат измерения: физические (оптические) законы, лежащие в основе передаточной функции датчика, характер взаимодействия датчика с окружающей средой и взаимодействие структурных элементов датчика (даже в самом простом варианте ВОД можно выделить несколько элементов c различными физико-механическими параметрами). Все это играет определяющую роль в формировании показаний и должно учитываться разработчиками датчиков. В данной работе приведена методика корректировки передаточной функции ВОД, учитывающая все обозначенные аспекты формирования показаний. В качестве примера был рассмотрен волоконно-оптический датчик деформации на основе решетки Брэгга. С помощью математического моделирования определено влияние его конструкции на показания. Оценен вклад отдельных конструктивных элементов (таких как клей, оптическое волокно, подложка с технологическим отверстием и т.д.) в эту величину. Путем обобщения полученных результатов сформулирован общий алгоритм определения влияния конструктивных элементов датчика на его показания. Алгоритм опробован на существующей модели ВОД деформации. Эффективность рассмотренного метода доказана серией лабораторных экспериментов.
Бесплатно
