Важнейшей задачей развития энергетического и нефтехимического Машиностроения, а также авиационной техники является создание конструкций нового поколения, позволяющих реализацию жестких технологических режимов эксплуатации (повышенные температура, давление, скорость, агрессивность окружающей среды и т.д.) и обеспечивающих высокую надежность и заданный ресурс. Для проектирования таких конструкций необходима разработка расчетных комплексов, позволяющих проводить исследование и моделирование их поведения, с учетом воздействия нестационарных температурных, силовых полей и деградации их физико - механических свойств. Указанные комплексы, включающие целый ряд основополагающих подсистем, должны базироваться на математических моделях, описывающих процессы эволюции напряженно - деформированного состояния конструкций, при условиях нагружения, близких к реальным условиям их эксплуатации.
В этой связи актуальной становится разработка системного подхода к построению таких комплексов, как с методологической точки зрения, так и с позиции построения единой функциональной структуры взаимосвязанных моделей, позволяющих поэтапно решать сложные задачи, переходя от простой их постановки к более сложной.
Авторами на основе системного подхода проводятся комплексные исследования, предназначенные для решения целого ряда важных технических задач, таких, как:
- расчет и оценка несущей способности неоднородных многослойных оболочечных конструкций, применяемых в энергетическом и химическом машиностроении, работающих в условиях сложного термосилового нагружения, вызывающего развитие необратимых деформаций, повреждаемости материалов вследствие ползучести и воздействия агрессивных сред;
- проектирование оптимальных с точки зрения прочностной надежности, долговечности и материалоемкости конструкций применительно к конкретным технологическим процесссам;
- оценка остаточного ресурса широкого класса высоконапряженных и опасных с точки зрения последствий разрушения конструкций (корпуса химических реакторов, детали газовых турбин и энергетических установок, компенсаторы тепловых деформаций и другие изделия тяжелого машиностроения), находящихся в настоящее время в эксплуатации.
В представленной работе предлагается концепция системного подхода к разработке методики исследования и моделирования термовязкоупругопластического напряженно - деформированного состояния неоднородных многослойных оболочечных конструкций с учетом повреждаемости материалов при ползучести и водородной коррозии.
При этом модели, определяющие поведение конструкций, объединенные в комплекс, строятся с учетом современного состояния теоретических исследований и экспериментальных данных по полноте и достоверности описания рассматриваемых физико - механических процессов. При необходимости модели усложняются за счет их обобщения. Для этого используется иерархический подход к формированию системы моделей, реализующий принцип «от простого - к сложному», когда следующий уровень сложности достигается после достаточно подробного изучения более простой модели. В результате выстраивается многоуровневая архитектура все более сложных моделей, каждая из которых обобщает предыдущие, включая их в качестве частного случая.
Таким образом, авторами разработана методика исследования и моделирования поведения многослойных оболочечных конструкций, позволяющая описывать следующие виды его напряженно
- деформированного состояния:
- термоупругое;
- термоупругопластическое, с учетом и без учета водородной коррозии;
- термовязкоупругопластическое без учета повреждаемости материалов при ползучести;
- термовязкоупругопластическое с учетом повреждаемости материалов при ползучести;
- термовязкоупругопластическое с учетом повреждаемости материалов при ползучести и водородной коррозии;
- термовязкоупругопластическое с учетом повреждаемости материалов при ползучести и водородной коррозии с исследованием кинетики развития областей повреждаемости.
При построении данной методики использовались: соотношения теории неизотермических процессов упругопластического деформирования элементов твердого тела по траекториям малой кривизны, линеаризованные методом дополнительных деформаций; кинетические уравнения повреждаемости материалов при ползучести и водородной коррозии.
С применением разработанной методики решен ряд прикладных задач по расчету напряженно - деформированного состояния одно - и многослойных оболочек вращения при различных условиях нагружения.