Довготривале руйнування тонкостінних циліндричних труб за умов повзучості при двовісному статичному навантаженні

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ МЕХАНІКИ ім. С.П. ТИМОШЕНКА

УДК 539.3

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Довготривале руйнування тонкостінних Циліндричних труб за умов повзучості при двовісному Статичному навантаженні

01.02.04 - механіка деформівного твердого тіла

Русінов Олександр Олександрович

Київ - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті механіки ім. С.П.Тимошенка НАН України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор

Голуб Владислав Петрович,

Інститут механіки ім. С.П.Тимошенка НАН України, завідувач відділом механіки повзучості.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук

Гигиняк Фелікс Федорович,

Інститут проблем міцності ім.Г.С.Писаренка НАН України,

провідний науковий співробітник відділу механіки конструкційних матеріалів;

кандидат технічних наук

Галішин Олександр Закір'янович,

Інститут механіки ім. С.П.Тимошенка НАН України,

старший науковий співробітник відділу термопластичності.

Провідна установа:

Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, кафедра динаміки та міцності машин.

Захист відбудеться “ 25 ”січня 2005р. о 10⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.166.01 в Інституті механіки ім. С.П.Тимошенка НАН України за адресою: 03057, м. Київ, вул. Нестерова, 3.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту механіки ім. С.П. Тимошенка НАН України.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

міцність напружений руйнування труба

Актуальність теми. Тонкостінні трубопроводи різного призначення застосовуються практично у всіх галузях сучасної техніки та господарства. Металеві труби використовуються, наприклад, для виготовлення трубопроводів нагрівачів у парових турбінах, оболонок захисту тепловиділяючих елементів та трубопроводів системи охолодження ядерних реакторів, трубопроводів високотемпературних технологічних установок по переробці нафти та газу. Тонкостінні труби із полімерних матеріалів широко використовуються в хімічній та нафтохімічній промисловості для транспортування особливо агресивних та стерильних середовищ, у будівництві, а також у системі міського комунального господарства. Забезпечення надійної праці сучасних трубопроводів протягом усього терміну експлуатації пов'язано перш за все із збереженням їх цілостності за даних режимів навантаження та суттєво залежить від точності методів розрахунку на довготривалу міцність, які дозволяють врахувати багатовісність навантаження. Тому задачі довготривалого деформування та руйнування за умов плоского напруженого стану складають актуальну проблему для тонкостінних трубопроводів.

Найбільш ефективні методи розрахунку довготривалої міцності за умов складного напруженого стану базуються на використанні концепції еквівалентних напружень, які також інтепретуються як критерії довготривалого руйнування. Однак, практично всі відомі критерії довготривалого руйнування не враховують ні клас матеріалу, ні вид напруженого стану, ні знаки головних напружень. В той же час як експериментальні дані показують, що довготривала міцність матеріалів та елементів конструкцій суттєво залежить від умов та режимів навантаження. Невирішеними залишаються також задачі розрахунку термінів експлуатації трубопроводів за умов повзучості та визначення безпечних розмірів найбільш навантажених їх участків. Відсутні рекомендації з формування бази даних, які необхідні для достоменного визначення всіх матеріальних констант, що використовуються у розрахункових моделях та критеріях, а також рекомендації з екстраполяції даних з руйнування за умов складного напруженого стану.

Метою дослідження в дисертаційній роботі є побудова та екпериментальне обгрунтування змішаних критеріїв довготривалого руйнування ізотропних матеріалів за умов плоского напруженого стану та вирішення на цій основі задач з розрахунку часу до руйнування тонкостінних циліндричних труб за умов повзучості при різних режимах двовісного навантаження. Для досягнення мети необхідно:

розробити новий підхід до побудови критеріїв довготривалої міцності, які б враховували клас матеріалу, вид напруженого стану та знаки головних напружень;

застосувати ці критерії для розрахунку часу до руйнування тонкостінних труб;

створити алгоритми розрахунків у програмному комплексі для ПК;

перевірити узгодження отриманих результатів з відомими з літератури екпериментальними даними.

Об'єктом дослідження є довготривала міцність тонкостінних циліндричних труб з металевих та полімерних матеріалів за умов повзучості, що знаходяться під дією внутрішнього тиску, внутрішнього тиску з розтягом, внутрішнього тиску зі згином, а також крутного моменту, крутного моменту з розтягом та крутного моменту з внутрішнім тиском.

Предметом наукового дослідження є аналіз та розробка методів побудови критеріїв довготривалого руйнування, методики визначення їх матеріальних констант та розрахунок довговічності тонкостінних труб при двовісному навантаженні.

Методи дослідження. Робота виконана у відповідності до підходу, що традиційно використовується в механіці деформівного твердого тіла та базується на положеннях механіки суцільного середовища та експериментально спостерігаємих фактах. В теоретичній частині роботи при побудові моделей та критеріїв руйнування використані методи функціонального аналізу та лінійний регресійний аналіз, а при розрахунках часу руйнування труб та побудові ізохронних граничних діаграм - чисельний (ітераційний) метод.

Наукова новизна й основні результати, отримані в процесі роботи:

розроблено метод побудови критеріїв довготривалого руйнування за умов повзучості при складному напруженому стані, що дозволяє для завдання компонент критерія використовувати всі функції від другого інваріанта девіатора напружень;

побудовано змішаний критерій довготривалого руйнування для ізотропних металевих та полімерних матеріалів за умов повзучості при плоскому напруженому стані, який враховує вплив виду навантаження за допомогою параметра Надаї-Лоде та залежить від знаків головних напружень;

розв'язано задачі розрахунку часу руйнування прямолінійних елементів тонкостінних циліндричних труб із металевих та полімерних матеріалів під дією внутрішнього тиску, внутрішнього тиску з розтягом, внутрішнього тиску зі згином, чистого кручення, кручення з розтягом, кручення з внутрішнім тиском та отримано задовільне узгодження результатів розрахунку з експериментальними даними.

Достовірність результатів, які наведені в дисертаційній роботі, забезпечується:

використанням при побудові критеріїв довготривалого руйнування методів добре апробованого лінійного регресійного аналізу, а також проведення порівняльних оцінок на основі статистичних критеріїв Стьюдента та Фішера;

нерозривністю ізохронних поверхонь руйнування у площині головних напружень, а також існуванням єдиних діаграм довготривалої міцності у площині “еквівалентне напруження - час руйнування”, що інваріантні до виду навантаження;

задовільним узгодженням результатів розрахунку довготривалої міцності тонкостінних трубчастих зразків з запозиченими експериментальними даними, що отримані за різних видів двовісного навантаження: максимальна похибка за напруженнями не перевищує 10%, а за часом руйнування - 30 %.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності з планами наукових досліджень з природничих наук НАН України на період до 2010 року з проблеми 1.10.2 “Механіка деформівного твердого тіла” (розділ 1.10.2.4. “Повзучість та довготривала міцність”), у відповідності з планом НДР Інституту механіки ім.С.П.Тимошенка НАН України та пов'язана з темою НДР “Розробка критеріїв та методів побудови моделей довготривалого руйнування в умовах повзучості при плоскому напруженому стані” (шифр 1.3.1.327, № держреєстрації 0102U000299) та з темою НДР “Розробка теорії та методів дослідження процесів термов'язкопружнопластичного деформування та пошкодженості матеріалів та елементів конструкцій” (шифр 1.3.1.338, № держреєстрації 01012U007025).

Практичне значення отриманих результатів полягає у:

створенні бази даних за характеристиками довготривалої міцності металевих та полімерних матеріалів за умов плоского напруженого стану при навантаженні внутрішнім тиском, внутрішнім тиском з розтягом, внутрішнім тиском зі згином, крутним моментом, крутним моментом з розтягом та крутним моментом з внутрішнім тиском;

встановленні залежності структури змішаного критерія довготривалого руйнування від класу матеріала та від знаків головних напружень, а саме: у випадку, коли знаки головних напружень співпадають, критерій пов'язує максимальне нормальне напруження та інтесивність дотичних напружень (металеві матеріали) або максимальне нормальне напруження та гідростатичний тиск (полімерні матеріали), а у випадку, коли знаки головних напружень не співпадають, критерій пов'язує для обох класів матеріалів подвійне максимальне дотичне напруження та октаедричне дотичне напруження;

розробці рекомендацій з визначення матеріальних констант в критеріях довготривалого руйнування та розрахунку довговічності тонкостінних металевих та полімерних труб за різних умов двовісного навантаження з реалізацією алгоритма розрахунків у програмному комплексі для ПК.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на:

ІІ Міжнародній конференції “Актуальні проблеми механіки деформівного твердого тіла” (Донецьк, 2003);

ІV Міжнародній конференції “Прогресивна техніка і технологія - 2003” (Севастополь, 2003);

Другій Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми динаміки та міцності в газотурбобудуванні” (Київ, 2004)

Дисертаційна робота у повному обсязі обговорювалася:

на науковому семінарі відділу механіки повзучості Інституту механіки ім.С.П.Тимошенка НАН України (м.Київ);

на науковому семінарі за напрямком “Механіка руйнування та втома” Інституту механіки ім.С.П.Тимошенка НАН України (м.Київ);

на науковому семінарі кафедри “Динаміка та міцність машин” Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” (м.Київ).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 7 наукових статтей, [2-6] - у виданнях за фахом, затверджених ВАК України.

Структура й обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків та списку використаних джерел з 112 найменувань. Робота містить 117 сторінок основного тексту, 29 рисунків. Загальний обсяг роботи становить 133 сторінки тексту.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подано загальну характеристику дисертаційної роботи: обгрунтовано актуальність теми; сформульовано мету та задачі досліджень; наведено основні результати, що виносяться на захист; викладено короткий зміст роботи по розділах; відзначено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, наведено зв'язок роботи з науковими темами та планами; а також відомості про апробацію роботи і публікації автора, що відображають основну сутність виконаних досліджень.

У першому розділі викладено аналітичний огляд відомих з літератури аспектів довготривалого деформування та руйнування матеріалів та елементів конструкцій за умов складного напруженого стану. Аналізом охоплено 101 робота вітчизняних і зарубіжних авторів. Відзначено вагомий внесок у розвиток цієї проблеми фундаментальними роботами Р.В.Бейлі, В.В.Болотіна, Г.Генкі, О.М.Гузя, А.О.Камінського, Л.М.Качанова, А.О.Лебедєва, С.Муракамі, А.Надаї, Ф.К.Одквіста, В.Прагера, Ю.М.Работнова, Л.П.Хорошуна, Н.Хоффа, Ю.М.Шевченка. Проаналізовано розв'язки задач механіки довготривалого деформування та руйнування тонкостінних трубчастих елементів, які отримано у працях І.А.Біргера, Дж.Бойла, І.І.Гольденблата, А.М.Грінмана, Б.В.Зверькова, Ш.Н.Каца, Л.М.Качанова, М.М.Малініна, Ф.Рімрорта, О.В.Сосніна, І.В.Стасенка, С.А.Шестерікова. Наведено аналіз робіт, присвячених критеріям довготривалого руйнування за умов складного напруженого стану. Розв'язку різних аспектів цієї проблеми присвячені роботи М.І.Бобиря, Ф.Ф.Гігіняка, А.Е.Джонсона, А.А.Ільюшина, В.Зігфріда, Ш.Н.Каца, А.Кохендьорфера, А.О.Лєбєдєва, О.М.Локощенка, А.К.Малмейстера, В.В.Новожилова, Ю.М.Работнова, В.П.Сдобирєва, І.І.Труніна, Д.Р.Хейхьорста, Ю.М.Шевченка. Внаслідок аналізу літературних джерел виявлено, що деякі актуальні задачі механіки довготривалого руйнування матеріалів та елементів конструкцій все ще лишаються нерозв'язаними.

Зокрема, йдеться про занадто спрощену схему проектних розрахунків трубопроводів, які тривалий час працюють за умов повзучості, що призводить до збільшення їх розмірів та матеріалоємності, а як наслідок до подорожчання. Проаналізована також і більш ефективна схема, що базується на використанні концепції еквівалентних напружень для вирішення задач довготривалого руйнування трубопроводів. Однак вона практично не використовується із-за труднощів, що виникають при виборі та обгрунтуванні критеріїв довготривалого руйнування.

Аналіз критеріїв довготривалого руйнування показує, що всі відомі критерії не враховують ні клас матеріалу, ні вид напруженого стану, ні знаки головних напружень, тому можуть використовуватись тільки для певних видів навантаження та для окремих груп матеріалів. Також залишається відкритою проблема з методикою визначення матеріальних констант, що входять до структури критерія.

Невирішеними залишаються задачі розрахунку термінів роботи трубопроводів за умов повзучості та визначення безпечних розмірів найбільш навантажених їх ділянок. Відсутні рекомендації з формування баз даних, що необхідні для достоменного визначення всіх матеріальних констант, які використовуються у розрахункових моделях та критеріях, а також рекомендації щодо екстраполяції даних з руйнування за умов складного напруженого стану.

На основі проведеного аналізу сформульовано постановку задачі дослідження. Розглядається руйнування прямолінійного елементу довгої тонкостінної труби з круглим поперечним перетином.

Оскільки труба тонкостінна, то відношення середнього діаметра труби до товщини стінки . Матеріал труби ізотропний та однорідний.

Труба знаходиться під дією внутрішнього тиску , осьового розтягуючого зусилля та крутного моменту .

Позначимо головні значення тензора напружень в циліндричній системі координат через , , . Оскільки труба тонкостінна, то радіальне напруження прирівнюємо до нуля, так у елементі циліндричної труби, що розглядається, реалізується плоский напружений стан.

Рівняння рівноваги дають можливість розрахувати всі компоненти тензора напружень у тонкостінному елементі циліндричної труби, що знаходиться під дією будь-якої комбінації зовнішних навантажень виду. Вирази для компонент напружень , и в повинні задовільняти також граничним умовам, що встановлюють зв'язок між напруженнями та зовнішними силами, прикладеними до зовнішньої та внутрішньої поверхні труби. Граничні умови відповідають кожній конкретній задачі, що розглядається.

Для оцінки часу руйнування використовується модель довготривалого в'язко-крихкого руйнування Работнова у вигляді, що відображає одночасну зміну геометрії тіла за процесу повзучості та кінетику накопичення пошкоджень. Тут - час руйнування при одновісному розтягу суцільного зразка та при двовісному навантаженні тонкостінної труби відповідно; - початкове одновісне розтягуюче напруження; - еквівалентне напруження при двовісному навантаженні; - деформація, що накопичена до моменту руйнування; - параметри функції пошкоджуваності; - коефіцієнти, що визначаються з кривої довготривалої міцності при одновісному розтягу. В (5) також вважається, що

та .

Таким чином, розв'язок задачі розрахунку довготривалої міцності на основі рівняння зводиться до узагальнення характеристик одновісної довготривалої міцності та на багатовісне навантаження за рахунок використання величини еквівалентного напруження .

У другому розділі розглядаються змішані критерії довготривалого руйнування за умов плоского напруженого стану. Наведено методику побудови змішаних критеріїв руйнування, яка полягає у визначенні границь інтерполяційного діапазона та базується на аналізі та співставленні експериментальних даних з довготривалої міцності, що отримані за одновісного розтягу та за різних видах плоского напруженого стану.

Згідно результатів співставлення визначають ті еквівалентні діаграми, які обмежують експериментальні дані за умов крихкого (знизу) та в'язкого (зверху) руйнування.

Конкретизація критерію проводиться для двох випадків: за умов однакових та різних знаків головних напружень. В роботі розгядаються два класи ізотропних матеріалів: металеві та полімерні.

У якості металевих матеріалів досліджувались трубчасті зразки з аустенітних сталей (1Х18Н9Т, Х18Н10Т, 1Х13Н16Б), жароміцних сплавів (ЭИ847, ЭИ698ВД) та конструкційних сталей (Ст.20, SA-210, 12МХФ). Полімерні матеріали розглядалися на прикладі труб з поліетиленів (ПЭВН,SHOLEX), вініпласту ОХК, полівінілхлориду PVC та органічного скла.

Плоский напружений стан за умови співпадання знаків головних напружень реалізується у тонкостінних трубчастих зразках, що знаходяться під дією внутрішнього тиску, внутрішнього тиску з розтягом та внутрішнього тиску з крученням.

Зокрема, для головних напружень , та у тонкостінних трубчастих зразках, які навантажені внутрішним тиском ,

Для величини еквівалентного внутрішнього тиску , використовуючи у якості критеріїв відповідності величини максимального нормального напруження , подвійного максимального дотичного напруження , октаедричних нормальних та дотичних напружень, інтенсивності нормальних та дотичних напружень,

Аналогічно було проведено дослідження плоского напруженого стану з різними знаками головних напружень. Розглядалися тонкостінні трубчасті зразки, що знаходились під дією крутного моменту та крутного моменту з розтягом.

Структура змішаного критерія (6) обиралась на підставі визначення найбільш оптимальних комбінацій однопараметричних характеристик, еквівалентних лінійному напруженому стану, що охоплюють заданий рівень плоского напруженого стану. На рис.3 наведено зпівставлення однопараметричних еквівалентних діаграм (лінії), розрахованих за критеріями (-•-), 2(-•·-), (-х-), (-+-), (-*-), (-++-) з експериментальними даними (точки) з довготривалої міцності тонкостінних трубчастих зразків з полівінілхлориду PVC (а) при = 23 єС під дією внутрішнього тиску p; сталі ЭИ847 (б) при = 600 єС під дією внутрішнього тиску p з розтягом N; сталі Х16Н13М3Б (в) при = 650єС під дією крутного моменту ; сплаву ЭИ437Б (г) при = 700 єС під дією крутного моменту з розтягом N.

Вважається, що коефіцієнти та у виразах (9) та (10) залежать від температури та враховують вплив виду напруженого стану. Для фіксованої температури у якості базового експерименту, що застовується для визначення матеріальних констант у змішаному критерію виду (6), використовуються випробування на довготривалу міцність за умов однорідного та одновісного розтягу та одиничний ідентифікуючий дослід за умов відповідного плоского напруженого стану, що розглядається. Під одиничним вважається експеримент, який проводиться за умов одного фіксованого рівня компонент тензора напружень. З метою врахування статистичних властивостей матеріалу на цьому рівні напружень можуть бути випробувані декілька ідентичних зразків.

Значення невідомих коефіцієнтів знаходяться за умови співпадання двох еквівалентних значень довготривалої міцності та ідентифікуючого експерименту, що отримані за умов одного й того ж самого значення часу до руйнування .

Апробацію критеріїв довготривалого руйнування проводили за єдиними діаграмами довготривалої міцності та ізохронними граничними діаграмами.

Наведено розрахункові (лінії) та експериментальні (точки) єдині діаграми довготривалої міцності аустенітних сталей 1Х18Н9Т (а) при = 800 єС, Х13Н16Б (б) при = 700 єС та хромистої сталі 15Х1М1Ф (в) при= 570 єС за умов одновісного розтягу ( ), внутрішнього тиску ( ), кручення ( ), внутрішнього тиску з розтягом ( ), внутрішнього тиску зі згином ( ), внутрішнього тиску з крученням ( ), розтягу з крученням ( ). Як видно з рисунків, експериментальні дані, що отримані за умов різних видів плоского напруженого стану задовільно зводяться до однорідного й одновісного розтягу за допомогою критеріїв руйнування (9)-(10). Максимальна похибка за рівнем напружень при фіксованому часі до руйнування не перевищує 18%.

В площині головних напружень було побудовано ізохронні граничні діаграми (лінії) для сталі Х13Н16Б (рис.6,а) при =700С на базі у 1000 годин та полівінілхлориду (рис.6,б) при =20С на базі у 100 годин.

Штрих-пунктирними лініями з однією точкою наведено співвідношення головних напружень, отриманих за критерієм Сдобирєва, а з двома - за критеріями довготривалого руйнування (9)-(10). Результати порівняння свідчать, що максимальна похибка між експериментальними даними (точки) та результатами розрахунку, що виконано за критерієм (9)-(10) становить 10%, а за критерієм Сдобирєва - 20%.

Третій розділ присвячено розрахунку довготривалої міцності тонкостінних прямолінійних труб за умов повзучості під дією внутрішнього тиску , внутрішнього тиску з осьовим зусиллям та внутрішнього тиску із згинаючим моментом . Компоненти зовнішнього навантаження в процесі повзучості залишаються сталими.

Розглянемо розрахунок часу руйнування на прикладі навантаження прямолінійної тонкостінної металевої труби з донишком внутрішнім тиском . У серединній площині труби реалізується безмоментний статично визначений плоский напружений стан. Згідно умови рівноваги прямолінійного відрізку труби (2), для головних напружень видно, що за даного виду навантажень тонкостінних труб знаки головних напружень співпадають.

В тонкостінних трубах, внаслідок обмеженності стадії розповсюдження фронту руйнування, цей момент ототожнюється у подальшому з часом повного руйнування.

Наведено розрахункові (штрихові лінії), що виконані за формулою (14), та експериментальні (точки) діаграми довготривалої міцності тонкостінних трубчастих зразків сталей SA-210 (а) при = 455 ( ) и 510 ^оС ( ), ЭИ847 (б) при = 600 ^оС та 1Х18Н9Т (в) при =650 (), 700 ( ) та 800 ^оС ( ) під дією внутрішнього тиску р.

Аналогічні розрахунки часу до руйнування було виконано для ряду металевих та полімерних тонкостінних труб, навантажених внутрішнім тиском з розтягом та внутрішнім тиском зі згином.

У заключному, четвертому розділі, наводиться рішення задачі розрахунку часу до руйнування тонкостінних труб, що знаходяться під дією крутного моменту , крутного моменту та осьового розтягуючого зусилля , а також крутного моменту та внутрішнього тиску . Задача розв'язується за схемою, аналогічною до наведеної у третьому розділі. Для прикладу розглянемо розрахунок часу руйнування прямолінійної тонкостінної металевої труби, що знаходиться під дією крутного моменту та осьового розтягуючого зусилля . У серединній площині труби реалізується безмоментний статично визначений плоский напружений стан.

Отже, для часу руйнування тонкостінної металевої труби в термінах головних напружень при крученні з розтягом, підставляючи друге співвідношення з (9) в (5),

Розрахункові (штрихові лінії), що виконані за формулою (18) та експериментальні (точки) діаграми довготривалої міцності тонкостінних трубчастих зразків з аустенітної сталі Х16Н15М3Б (а) при температурі

= 675 ^оС та значенні = 0(1) і 1,3(2); жароміцного сплаву ЭИ437Б (б) при = 700 ^оС та = 0(1) і 1,0(2); жароміцного сплаву ЭИ698ВД (в) при = 750 ^оС та = 0,2(1) і 1,0(2) під дією крутного моменту М_Т та осьового розтягуючого зусилля N

При визначенні матеріальних констант та в якості додадкового одиничного досліду за умов плоского напруженого стану використовувався експеримент на базі приблизно в 100 годин.

У випадку навантаження тонкостінних труб внутрішним тиском, отримано задовільне узгодження результатів розрахунку часу до руйнування з експериментальними даними, як при використанні критерію (9)-(10), так і за критерієм Сдобирєва. Відносна похибка за величиною часу руйнування між результатами розрахунків та експериментальними даними у випадку співпадання знаків головних напружень для більшості матеріалів становить за критерієм (9)-(10) менше 20%, а за критерієм Сдобирева -30%.

Однак при навантаженні тонкостінних труб крутним моментом з повздовжнім розтягом у випадку, коли знаки головних напружень різні, похибка між результатами розрахунку часу до руйнування, що виконані з використанням критерію Сдобирєва, та екпериментальними даними становить декілька порядків (рис.8а), в той час як за критерієм (9)-(10) не перевищує 20%.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ

Проведено критичний аналіз існуючих методів розрахунку часу руйнування елементів конструкцій та критеріїв довготривалого руйнування за умов повзучості при плоскому напруженому стані. Показано, що для розрахунку часу руйнування найбільш перспективним є підхід, що базується на використанні концепції еквівалентних напружень, а в якості критерію руйнування - використання змішаного інваріанту, що відображає одночасний розвиток за процесу повзучості в'язкого та крихкого видів довготривалого руйнування.

Розроблено метод побудови критеріїв довготривалого руйнування за умов повзучості при плоскому напруженому стані, що дозволяє для завдання компонент критерію використовувати всі функції від другого інваріанту девіатора напружень.

Побудовано змішаний критерій довготривалого руйнування для ізотропних металевих та полімерних матеріалів за умов повзучості при плоскому напруженому стані, який залежить від класу матеріалу та знаків головних напружень, а також враховує вплив виду навантаження за допомогою параметра Надаї-Лоде.

Розроблено методику визначення матеріальних констант, що входять до критерію довготривалого руйнування, та сформульовано відповідний базовий експеримент, що містить випробування на довготривалу міцність гладких циліндричних зразків при одновісному розтягу та тонкостінних трубчастих зразків в умовах напруженого стану, відповідного до режиму навантаження, що розглядається.

Розв'язано задачі розрахунку часу довготривалого руйнування прямолінійних елементів тонкостінних циліндричних труб з ізотропних металевих та полімерних матеріалів, що знаходяться під дією внутрішнього тиску, внутрішнього тиску з розтягом, внутрішнього тиску зі згином, внутрішнього тиску з крученням, чистого кручення та кручення з розтягом. Отримано задовільне узгодження результатів розрахунку з експериметальними даними.

Створено базу даних з характеристик довготривалої міцності металевих та полімерних матеріалів за умов складного напруженого стану при комбінованому навантаженні внутрішнім тиском, крученням, згином та розтягом.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Голуб В.П., Русинов А.А. Об одном методе построения критериев длительного разрушения при плоском напряженном состоянии // Труды НГАСУ. Россия, Новосибирск: НГАСУ, 2002. - т.5,вып.№1(16). - С.5-21.

Русинов А.А. Влияние силовых факторов на структуру смешанного критерия длительного разрушения. // Теоретическая и прикладная механика. - 2003. - Вып.38. - С.103 - 108.

Голуб В.П., Крижановский В.И., Русинов А.А. Смешанный критерий длительного разрушения в условиях ползучести при плоском напряженном состоянии // Прикл. механика. - 2003. - Том 39, №5. - С.94-106.

Голуб В.П., Русинов А.А., Запертова Т.О. Влияние меры изменения напряженного состояния тонкостенных труб на время разрушения под действием внутреннего давления // Вестник НТУУ “КПИ”. Машиностроение. - 2003. - №44. - С.31-35.

Голуб В.П., Касперская В.В., Русинов А.А. К задаче расчета времени разрушения тонкостенных труб в условиях ползучести под действием внутреннего давления // Прикл. механика. - 2004. - Том 40, №4. - С.44-50.

Голуб В.П., Касперская В.В., Русинов А.А. О времени разрушения тонкостенных прямолинейных труб в условиях ползучести при кручении // Прикл. механика. - 2004. - Том 40, №6. - С.107-116.

Голуб В.П., Кобзарь Ю.М., Русинов А.А. Длительная прочность тонкостенных цилиндрических труб при двухосном нагружении // Вибрации в технике и технологиях. - 2004. - №5(37). - С.107-112.

АНОТАЦІЯ

Русінов О.О. Довготривале руйнування тонкостінних циліндричних труб за умов повзучості при двовісному статичному навантаженні. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 01.02.04 - механіка деформівного твердого тіла. - Інститут механіки ім.С.П.Тимошенка НАН України, Київ, 2004.

Дисертація присвячена розв'язанню задач розрахунку часу руйнування тонкостінних елементів циліндричних труб за умов повзучості під дією двовісного навантаження, виходячи із концепції еквівалентних напружень.

Досліджується довготривале руйнування тонкостінних трубчастих зразків із ізотропних металевих та полімерних матеріалів за умов повзучості при комбінованому навантаженні внутрішнім тиском, скрученням та повздовжнім розтягом. Розроблено метод побудови критеріїв довготривалого руйнування за умов складного напруженого стану, що дозволяє для завдання компонент критерію використовувати усі функції від другого інваріанту девіатора напружень. Збудовано змішаний критерій довготривалого руйнування ізотропних матеріалів. Показано, що структура критерію залежить від знаків головних напружень і враховує вид навантаження за допомогою параметру Надаї-Лоде. Розв'язано задачі розрахунку часу руйнування тонкостінних труб при різних видах двовісного навантаження. Результати розрахунків порівняно із експериментальними даними і отримано їх задовільне узгодження.

Ключові слова: тонкостінні елементи труб, металеві та полімерні матеріали, двовісне навантаження, час руйнування, довготривала міцність, еквівалентне напруження, критерій довготривалого руйнування.

АННОТАЦИЯ

Русинов А.А. Длительное разрушение тонкостенных цилиндрических труб в условиях ползучести при двухосном статическом нагружении. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.02.04 - механика деформируемого твердого тела. - Институт механики им.С.П.Тимошенко НАН Украины, Киев, 2004.

Диссертация посвящена решению задач расчета времени разрушения тонкостенных элементов цилиндрических труб в условиях ползучести под действием двухосного нагружения, исходя из концепции эквивалентных напряжений.

Исследуется длительное разрушение тонкостенных трубчатых образцов из изотропных металлических и полимерных материалов в условиях ползучести при комбинированном нагружении внутренним давлением, кручением и продольным растяжением. Разработан метод построения критериев длительного разрушения при сложном напряженном состоянии, который позволяет для задания компонент критерия использовать все функции от второго инварианта девиатора напряжений. Построено смешанный критерий длительного разрушения изотропных материалов. Показано, что структура критерия зависит от знаков главных напряжений и учитывает вид нагружения с помощью параметра Надаи-Лоде. Решены задачи расчета времени разрушения тонкостенных труб при разных видах двухосного нагружения. Результаты расчетов сопоставлены с экспериментальными данными и получено их удовлетворительное согласование.

Ключевые слова: тонкостенные элементы труб, металлические и полимерные материалы, двухосное нагружение, время разрушения, длительная прочность, эквивалентное напряжение, критерий длительного разрушения.

SUMMARY

Rusinov O.O Long-term fracture of thin-walled cylindrical tubes in creep under bi-axial static loading.- Manuscript.

Thesis for a Candidate's Degree in Techniques on speciality 01.02.04 - mechanic of deformable solids. - S.P.Timoshenko Institute of Mechanics of National Academy of Ukraine, Kiev, 2004.

The Thesis is devoted to solution of life time calculation problem of thin-walled elements of cylindrical tubes in creep under bi-axial load using the equivalent stress concept.

Long-term fracture of thin-walled tubular specimens of isotropic metallic and polymer materials in creep under combined action of internal pressure, torsion and tension is considered. The method of long-term fracture criteria creation under plane stress state has been obtained. It allows to use all functions of the second invariant of the stress diviator when the criterion components are being given. The mixed long-term fracture criterion of isotropic materials has been built. The criterions stucture depends on signses of principal stresses and takes kinds of loading into account by using Nadai-Lode parameter. The problem of life time calculation of thin-walled tubes under different kinds of bi-axial loading has been solved. Calculation results are compared with carried over experimental data and good agreement is obtained.

Key Words: elements of thin-walled tubes, metallic and polymer materials, bi-axial loading, life time, long-term strength, equivalent stress, long-term fracture criterion.

Размещено на Allbest.ru