Модели процесса разрушения сферической оболочки при внутреннем нагружении
Моделирование разрушения изотропной тонкостенной сферической оболочки под действием внутренней импульсной нагрузки. Рассмотрение модели для скорости разлета осколков. Использование в качестве критерия разрушения динамического деформационного критерия.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.05.2019 |
| Размер файла | 40,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
МОДЕЛИ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ СФЕРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ ПРИ ВНУТРЕННЕМ НАГРУЖЕНИИ
М.В. Чернобрывко
к.т.н, с.н.с., ИПМаш НАН Украины,
С.Д. Светличная
к.т.н., доцент, НУГЗУ
Моделируется разрушение изотропной тонкостенной сферической оболочки под действием внутренней импульсной нагрузки. Приводится модель для скорости разлета осколков. В качестве критерия разрушения принят динамический деформационный критерий.
Ключевые слова: импульсная нагрузка, динамическая прочность, критерий разрушения, сферическая оболочка.
М.В. Чернобривко, С.Д. Світлична
Моделі процесу руйнування сферичної оболонки при внутрішньому навантаженні
Моделюється руйнування ізотропної тонкостінної сферичної оболонки під дією внутрішнього імпульсного навантаження. Наводиться модель для швидкості розльоту осколків. Як критерій руйнування прийнятий динамічний деформаційний критерій.
Ключові слова: імпульсне навантаження, динамічна міцність, критерій руйнування, сферична оболонка.
M.V. Chernobryvko, S.D. Svetlichna
Process models of spherical shell fracture with internal loading
The destruction of isotropic thin-walled spherical shell under the influence of inner impulse load is simulated. The process model of the speed of separation of fragments is adduced. The dynamic deformation criterion is adopted as the fracture criterion.
Key words: impulsive loading, dynamic strength, fracture criterion, spherical shell.
Постановка проблемы
При аварийных ситуациях в промышленности возникает проблема ударно-волнового и осколочного поражения людей и промышленных объектов в результате взрывов газов, пыли, жидких и твердых взрывчатых веществ в оборудовании или на открытом пространстве. Чтобы избежать этого поражения, необходимо определить возможность разрушения оборудования и оценить скорость осколков, от которой зависит их поражающий эффект.
Анализ последних исследований и публикаций
Примеры подобных аварий приведены в работах [1-3]. В монографии [2] обобщены экспериментальные исследования и приведены упрощенные инженерные методики оценки последствий детонационных воздействий на элементы конструкций. Однако исследования деформирования материалов и элементов конструкций при высоких скоростях деформаций показали, что необходимо использовать нелинейные модели и динамические характеристики материала [4, 5].
Постановка задачи и ее решение
Рассматривается тонкостенная сферическая оболочка под действием внутреннего импульсного давления. Необходимо определить модель процесса разрушения оболочки и начальную скорость осколков.
Уравнение движения оболочки в упругой стадии имеет вид [4]
;
,
где u(t) - радиальное перемещение сферической оболочки в момент времени t; щ - собственная частота колебаний оболочки; с - плотность материала оболочки; E - модуль упругости; м - коэффициент Пуассона; - радиус срединной поверхности оболочки в начальный момент времени; - толщина сферической оболочки в начальный момент времени; p(t) - внутреннее давление.
Если динамическая нагрузка p(t) является импульсной, то на деформацию оболочки влияет лишь величина импульса давления [4]
,
где ф- время действия импульсного давления.
В этом случае уравнение движения оболочки и начальные условия имеют вид
;
; .
Решение данной задачи определяется выражением
разрушение сферическая оболочка
. (1)
Выражение для скорости сферической оболочки записывается в виде
. (2)
Оболочка находится в упругой стадии при условии [5]
,
где - интенсивность напряжений; - динамический предел текучести материала оболочки.
При выполнении условия материал оболочки переходит в пластическое состояние. Для оценки динамического предела текучести можно использовать соотношение [5]
,
где - статический предел текучести; - интенсивность скоростей деформаций; n, D - характеристики скоростного упрочнения материала.
Если возможны пластические деформации, то время окончания упругой стадии работы оболочки определяется из уравнения
.
Таким образом, в соответствии с вышеприведенными формулами уравнение для определения времени окончания упругой стадии работы оболочки имеет вид
.
Уравнение движения оболочки в пластической стадии и начальные условия записываются в следующем виде [5]
; (3)
, (4)
где и - соответственно перемещение и скорость оболочки в конце упругой стадии, определяемые соотношениями (1) - (2).
Решая дифференциальное уравнение (3) с учетом начальных условий (4), получаем выражения для перемещения и скорости оболочки в пластической стадии
;
. (5)
В качестве критерия разрушения оболочки примем деформационный критерий [4]
,
где - интенсивность деформаций в пластической стадии; - предельное значение деформации растяжения перед разрушением, получаемой при статических испытаниях на растяжение.
Таким образом, момент времени начала разрушения оболочки можно найти, решая следующее уравнение
.
Тогда начальная скорость осколков будет определяться в соответствии с (5) следующим выражением
.
Выводы
Изложен метод оценки начальной скорости осколков, образующихся при разрушении сферической оболочки под действием внутреннего импульсного нагружения. Учитываются упругая и пластическая стадии деформирования оболочки, а также скорость деформирования материала оболочки. В качестве критерия разрушения принимается достижение оболочкой предельно допустимых деформаций.
Литература
Бесчастнов М.В. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение / М. В. Бесчастнов. - М., Химия, 1991. - 432 с.
Бейкер У. Взрывные явления. Оценка и их последствия / У. Бейкер, П. Кокс. - М.: Мир, 1986. - Кн. 1. - 319 с., Кн. 2. - 384 с.
Чернобрывко М.В. Моделирование деформации и разрушения элемента здания при ударно-волновой нагрузке / М.В. Чернобрывко, С.Д. Светличная // Проблеми надзвичайних ситуацій. - 2015. - Вип. 21. - C. 127-131. [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://nuczu.edu.ua/ukr/science/y_pns/y_pns_archive/y_pns_ar37.
Писаренко Г.С. Деформации и напряжения в материалах при скоростном деформировании / Г.С. Писаренко, A.A. Лебедев. - К.: Наук. думка, 1976. - 187 с.
Воробьев Ю.С. Скоростное деформирование элементов конструкций / Ю.С. Воробьев, А.В. Колодяжный, В.И. Севрюков, Е.Г. Янютин. - К.: Наук. думка, 1989. - 192 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Основные виды коррозионно-механического разрушения трубопроводов, механизмы абразивной эрозии и способы защиты металла от разрушения абразивными частицами. Принципы получения экспериментальных данных для создания и корректировки моделей абразивной эрозии.
дипломная работа [977,4 K], добавлен 25.02.2016Создание метода определения параметров линейной механики разрушения на основе измерения деформационного отклика с помощью электронной спектр-интерферометрии. Параметры механики разрушений для трещин, распространяющихся в поле остаточных напряжений.
контрольная работа [811,2 K], добавлен 03.09.2014Исследование разрушения соединительных болтов, верхнего и нижнего поясов подъемного крана. Определение силовых факторов в стреле крана. Проверка прочности и устойчивости верхнего пояса. Расчетное обоснование разрушения болтов фланцевого соединения.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 06.01.2014Рассмотрение целей и задач материаловедения. Кавитация как образование в жидкости полостей, заполненных паром. Особенности определения параметров, влияющих на процессы диспергирования и кавитационного разрушения. Виды эрозионного разрушения материалов.
реферат [75,8 K], добавлен 05.12.2012Природа изменения физико-химических характеристик металлов под нагрузкой. Появление и развитие трещин при работе металлических конструкций. Энергетическая модель разрушения по Гриффитсу. Основные методы оценки поверхностей разрушения по микропризнакам.
контрольная работа [633,7 K], добавлен 07.12.2011Кинетика вулканизации резины. Особенности вулканизации смесей на основе комбинации каучуков CКД-CКН-40 обычными серными вулканизующими системами. Механизм разрушения полимера. Особенности разрушения полимеров в различных физических и фазовых состояниях.
отчет по практике [352,6 K], добавлен 06.04.2015Трещина в конструкции. Коэффициент концентрации напряжений. Критерий Гриффитса. Скорость высвобождения упругой энергии. Напряжения при наличии трещин в материале. Проведение испытания образцов. Энергий разрушения. Определение удельной энергии разрушения.
отчет по практике [583,0 K], добавлен 17.11.2015Структура водонефтяной эмульсии. Методы разрушения нефтяных эмульсий, их сущностная характеристика. Промышленный метод обезвоживания и обессоливания нефти. Технические характеристики шарового и горизонтального электродегидраторов. Деэмульгаторы, их виды.
презентация [2,8 M], добавлен 26.06.2014Понятие, классификация и механизм проявления деформации материалов. Современные представления про теорию разрушения материалов. Факторы, которые влияют на деформацию. Упругопластические деформации металлов и их износ. Особенности разрушения металлов.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 08.12.2010Экспериментальное исследование поведения металлокерамических композитов Al2O3 с добавлением Mg-PSZ и TiO2. Их микроструктура и фазовый состав. Численное исследование процессов деформации и разрушения на мезоуровне в металлокерамических композитах.
реферат [1,7 M], добавлен 26.12.2011Расчет цилиндрической оболочки, подкрепленной шпангоутами. Исследование напряжённо-деформированного состояния полусферической и сферической оболочек, заполненных жидкостью. Расчёт сферического топливного бака с опорой по экватору. Расчет прочности бака.
курсовая работа [11,4 M], добавлен 29.11.2009Условие текучести и ассоциированный закон пластического течения ортотропного материала. Плоское напряженное и деформированное состояние анизотропного материала, математические и феноменологические модели его упрочнения. Основные критерии разрушения.
курсовая работа [113,4 K], добавлен 20.07.2014Анализ процесса электрообессоливания и дегидрации нефти, как объекта управления. Имитационное моделирование переходных процессов в АСР. Расчет экономической эффективности проведения автоматизации производства. Бизнес планирование, финансовый план.
дипломная работа [4,6 M], добавлен 12.08.2013Тонкостенные оболочки как элементы конструкций. Фактор снижения материалоемкости конструкции. Оболочки как эффективное решение проблемы минимизации массы в строительных сооружениях. Основные геометрические параметры оболочки, относительная толщина.
реферат [92,4 K], добавлен 27.02.2010Внедрение новых технологий по разрушению стойких водонефтяных эмульсий; механизмы формирования структуры межфазного слоя и особенности строения эмульгаторов. Использование неионогенных деэмульгаторов, их классификация, химические свойства, эффективность.
статья [14,7 K], добавлен 23.06.2011Буровая скважина и ее основные элементы. Методика разрушения горной породы на забое. Рассмотрение классификации способов бурения. Задачи автоматизации производственных процессов. Сущность и схема турбинного и роторного процессов бурения скважин.
презентация [1010,8 K], добавлен 25.05.2019Внедрение цилиндрического пуансона с шаровым концом в пластическое полупространство при наличии сил трения. Дислокационные модели разрушения. Процесс внедрения пуансона с трапециевидным сечением в пластическое полупространство при наличии сил трения.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 19.01.2014Основные этапы процесса коалесценции и методы разрушения водо-нефтяных эмульсий. Расчет процесса каплеобразования и определение расстояния, на котором необходимо установить дозатор деэмульгатора. Механизм отстаивания и аппаратурное оформление процесса.
лабораторная работа [400,9 K], добавлен 27.03.2015Рассмотрение причин коррозии оборудования и трубопроводов, их возможные виды. Условия работы металлических конструкций Оренбургского газоперерабатывающего завода; механизмы их сероводородного растрескивания. Способы и методы предотвращения разрушения.
курсовая работа [547,8 K], добавлен 12.02.2011Проектирование установки комплексной подготовки газа. Построение математической модели технологического процесса. Выбор критерия оценки эффективности средств контроля, управления. Определение передаточной функции объекта. Расчет исполнительного механизма.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 25.05.2014
