Введение к работе
Актуальность темы Описание физико-механических процессов, протекающих в материалах нагруженных конструкций при воздействии плазменных потоков, сильных электромагнитных полей и излучений является предметом разносторонних научных исследований Широта возможных вариантов протекающих физико-механических процессов, сопровождающих взаимодействие излучения с конструкционным материалом, находящимся под действием механической нагрузки, описывается множеством существующих специализированных моделей Описание процесса взаимодействия существенно усложняется в подавляющем большинстве случаев вторичными эффектами, отличными по своей природе от первичных образованием вторичных полей и излучений, нарушением сплошности среды в виде образования точечных, линейных и объёмных дислокаций и дисклинаций, изменением состояния вещества, появлением новых «примесных» атомов и молекул В итоге, претерпевают изменения основные физико-механические параметры материала, что приводит к кардинальному изменению процессов деформирования и разрушения нагруженных элементов конструкций В силу этого описание процессов, имеющих различную физико-механическую природу, протекающих в нагруженных средах с изменяющимися параметрами и даже составляющими атомами и молекулами является сложной и актуальной задачей Поведение материала среды проявляет в этом случае сугубо неоднородный' неизотермический нестационарный и нелинейный характер Поэтому разработанные и изложенные в диссертации феноменологический подход, полученный обобщённый прочностной критерий и численно-аналитические методы решения неоднородных нелинейных нестационарных и неизотермических задач поведения конструкционных материалов при взаимодействии с плазменными потоками, сильными физическими полями и излучениями в условиях возникновения и развития разрушения являются важным этапом решения проблемы Актуальность работы определяется также возможностью определения параметров прочности изделий и научно обоснованного создания элементов конструкций, работающих в условиях воздействия механических нагрузок, тепловых полей и плазменных потоков
Цель работы. Разработка феноменологического подхода и обобщающего прочностного критерия, позволяющих оценивать состояние материала в процессе зарождения и развития разрушения в случае нелинейного неизотермического воздействия на конструкционный материал нагрузок, температур и потоков плазмы Разработка моделей деформируемых сред и воздействий метода численно-аналитического решения неизотермических 'нелинейных 'нестационарных задач, обеспечивающего адекватное описание процесса взаимодействия плазменных потоков, сильных физических полей и излучений с материалами и конструкциями, находящимися под воздействием механической нагрузки
Научная новизна. Предложены новые феноменологические критерии прочности и трещиностойкости, определяющие поведение конструкционных
материалов и методы численно-аналитического решения неизотермических нелинейных нестационарных задач в условиях возникновения и развития разрушения, при комбинированном воздействии плазменных потоков, различных нагрузок, полей температур и излучений различной физической природы в зависимости от глубины и времени воздействия
Методы исследований. При разработке математических и численно-аналитических моделей деформирования и обобщающего критерия прочности и разрушения конструкционных материалов использовались результаты теоретических, численных и экспериментальных исследований Теоретические методы базировались на механике твердого деформируемого тела, механике сплошной среды, теории пластического течения, теории моментных и безмоментных оболочек, физики твёрдого тела Экспериментальные данные об изменении основных характеристик и свойств материалов при комплексном нелинейном неизотермическом воздействии на них использовались в виде исходных данных для теоретических оценок и численно-аналитических методов, а также для проверки полученных расчётных данных и нахождения обобщённого критерия прочности и разрушения конструкционных материалов
Достоверность разработок. В работе использованы апробированные расчётные и экспериментальные методы определения напряжённо-деформированного состояния конструкционных материалов пакеты прикладных программ, экспериментальный метод определения диаграмм «напряжение-деформация» на электрогидравлической разрывной машине MTS (модель №909 36) и другие, результаты экспериментов и расчётов сверялись с имеющимися литературными источниками
Практическая значимость работы. Разработаны в диссертационной работе методы численно-аналитического решения неизотермических нелинейных нестационарных задач взаимодействия сильных физических полей и излучений с металлическими материалами и использованы для анализа сопротивления разрушению тонкостенных конструкций, находящихся под воздействием плазменных потоков и нагрузок Получено решение задачи прочности и трещиностойкости оболочки вплоть до достижения предельного состояния при трёх характерных режимах механическое нагружение, механическое нагружение с одновременным плазменным воздействием, механическое нагружение после плазменного воздействия
Основные положения, выносимые на защиту:
- феноменологический подход к определению параметров напряжённо-деформированного состояния конструкционных алюминиевых материалов, испытывающих возникновение и развитие разрушения при нелинейных неизотермических полях деформаций и температур,
-обобщённый критерий прочности в условиях сложного локального термомеханического и физико-химического воздействия, зависящий от глубины слоя плазменного воздействия,
модель температурно-временного взаимодействия плазменных потоков, излучений и механических нагрузок,
метод экспериментального и численного решения задач о напряженно-деформированных и предельных состояниях оболочечных конструкций при комбинированных воздействиях нагрузок, нагрева и плазменных потоков,
решение связанной термомеханической задачи о нагружении оболочечных элементов конструкций на стадиях возникновения и развития разрушения с использованием разработанного численного решения системы определяющих дифференциальных уравнений
Реализация работы. Результаты работы в виде экспериментальных методик и методик расчета переданы для реализации на кафедру «Физики" МГТУ имени Н Э Баумана Результаты диссертационной работы внедрены в ОКБ ((Гидропресс», в программы дисциплин «Спецглавы физики» для подготовки дипломированных специалистов по направлению 13 06 00 «Ракетостроение» Аэрокосмического факультета и "Физические основы прочности и разрушения" специальности 14040068 "Техническая физика" факультет "Фундаментальных наук" МГТУ имени Н Э Баумана
Апробация "работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 3-ей международной научно-технической конференций <^аловские чтения» (г Егорьевск, 1999г), 1-ой, 2-ой и 3-ей Всероссийских конференциях «Необратимые процессы в природе и технике» (г Москва, 2001г, 2003г 2005г), 7-ой Всероссийской научной конференции «Нелинейные колебания механических систем» (г Нижний Новгород,2005г), ХП, XV и XVI Международных Интернет- конференциях молодых учёных, аспирантов и студентов по современным проблемам машиноведения (г Москва 2000г, 2003г и 2004г, решением Оргкомитета работы за 2000 и 2004гг отмечены почетными дипломами за наиболее интересные научные сообщения) Результаты работы были использованы при составлении Научно-технического отчета ИМАШ имени А А Благонравова РАН, Министерства атомной энергия, ОКБ «Гидропресс» г Москва 2000 и 2002гг, при выполнении работ по гранту РФФИ №04-01-00746 «Исследование нелинейного взаимодействия напряжённо-деформированных состояний, полей накопленных напряжений, процессов образования и развития трещин при циклическом деформировании» в 2004 и 2005гг и при работе над проектом РФФИ «Фундаментальные закономерности процессов деформирования и разрушения для обоснования повышенного ресурса безопасной эксплуатации водо-водяных энергетических реакторов новых поколений» за 2005г
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ
Объём и структура работы. Диссертация состоит из 6 разделов введения, 4-х разделов основного содержания и заключения, содержит 148 стр текста, 59 рисунков, 12 таблиц и библиографический список литературы из 133 наименований
Похожие диссертации на Деформирование и разрушение алюминиевого сплава при механическом нагружении и локальном плазменном воздействии
