Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование сильного изгиба слоистого стержня применительное к оценке деформации высокотемпературрного сверхпроводящего кабеля Ратрут, Риад Али

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Ратрут, Риад Али. Исследование сильного изгиба слоистого стержня применительное к оценке деформации высокотемпературрного сверхпроводящего кабеля : автореферат дис. ... кандидата технических наук : 01.02.04.- Челябинск, 1998.- 23 с.: ил.

Введение к работе

Актуальность темы. Темпы развития электроэнергетики характеризуются в среднем удвоением и даже утроением выработки электроэнергии за каждые десять лет. Это неизбежно сопровождается соответствующим ростом мощностей электростанций и передаваемых по линиям электропередачи потоков электроэнергии.

Среди новых идей, выдвинутых в последние годы в области технологии передачи электроэнергии, особого внимания заслуживает идея использования явления сверхпроводимости.

В течение нескольких последних десятилетий разрабатывались конструкции низкотемпературных сверхпроводящих кабелей, охлаждаемых жидким гелием при температуре 4К. Имеется множество проектов и экспериментальных исследований электромагнитных, тепловых и механических свойств таких кабелей.

Исследования и разработки сверхпроводящих кабелей (СПК) резко возросли в связи с получением в последние годы материалов, обладающих свойством сверхпроводимости при температурах жидкого азота 77К (высокотемпературная сверхпроводимость). Они были вызваны тем, что расходы на передачу энергии по высокотемпературным СПК оцениваются в среднем в 30 раз меньше, чем по низкотемпературным.

Высокотемпературные сверхпроводящие кабели представляют собой сложное инженерное сооружение (рис. 1, 2). В настоящее время исследования их тепловых и электромагнитных свойств ведутся широким фронтом. К сожалению, исследования их механического поведения и прочностных свойств неизвестны. В частности, сверхпроводящий кабель, как всякий кабель, при монтаже и эксплуатации может быть подвержен сильному изгибу. Однако, для сверхпроводящего кабеля имеется достаточно жесткое ограничение на его искривление. Существует максимальная кривизна упругой линии, при превышении которой может наступить механическое повреждение, например, в результате складкообразования наружной оболочки.

Обычно рассматривается сильный изгиб стержня сосредоточенными силами и моментами, в том числе, приложенными к его концам. Такая постановка задачи пригодна для расчетов упругих элементов приборов, некоторых конструктивных элементов машин и аппаратов.

Внешняя оболочка

Сверхпроводник

Диэлектрик

Медная труба

Канал для жидкого азота

Рис.1

Внешняя оболочка Вакуумная изоляция

"Возвратная" линия жидкого N2

Пространственник

Проводник Связка " Опора

Рис.2

Особенность сверхпроводящего кабеля состоит в том, что его напряженно-деформированное состояние определяется не только сосредоточенными силами и моментами, приложенными в отдельных точхах пролета и на его концах, но и собственным весом трубок и жидкости, а также влиянием давления и скорости течения жидкого азота, термических и электромагнитных эффектов.

В данной диссертации не рассматриваются термические и электромагнитные эффекты, они порождают значительные силы, действующие г

плоскости поперечного сечения, одинаковые и самоуравновешенные по всей длине кабеля. Поэтому изучение действия этих сил на конструкцию составляет главным образом, предмет плоской теории упругости ( термоупругости, злектромагнитоупругости и т.д.).Влияние на изгиб этих сил относительно мало. Принимаются следующие допущения: изгиб происходит в упругой области, при этом упругая линия нерастяжима, поперечное сечение кабеля не деформируется, остается плоским и перпендикулярным к упругой линии, жидкость предполагается идеальной и несжимаемой. Изгиб происходит в одной плоскости и кручение отсутствует. Такая схема может быть применима также для расчетов трубопроводов и шлангов.

Цель работы. Целью работы является:

построение модели сильного изгиба одиночного высокотемпературного сверхпроводящего кабеля-проводника (рис.1), справедливой для любых углов поворота поперечного сечения.

разработка приближенной процедуры решения нелинейной задачи при определенных ограничениях на угол поворота.

проведение параметрического анализа сильного изгиба одиночного проводника.

Научная новизна.

  1. Построена модель сильного изгиба стержня, состоящего из концентрических слоев с разными механическими свойствами, с учетом сил веса слоев и протекающей в канале жидкости, а также ее давления и скорости течения. Полученные системы нелинейных уравнений для случаев вертикального и горизонтального начальных положений стержня.

  2. Дана классификация задач сильного изгиба в зависимости от преобладающего влияния на изгиб либо граничных условий, либо одновременно с ними силовых факторов, распределенных по пролету кабеля. Рекомендованы методы, которые могут быть применены при решении указанных классов задач.

  3. Разработан приближенный метод решения системы нелинейных уравнений основанный на сочетании метода Бобного-Галеркина и разложения в ряды тригонометрических функций. Показаны его преимущества по точности по сравнению с существующими методами применимость для решения более сложных задач с учетом весовых факторов.

4. Аналитические и численно установлена зависимость изгиба, устойчивости, закритичного поведения, соответствующих углов поворота сечения, формы упругой линии, внутренних силовых факторов от внешних сосредоточенных сил и моментов, опорных устройств, соответствующих весов, скорости движения и давления в жидкости в центральном канале.

Достоверность. Область применения приближенного метода решения устанавливается путем сравнения результатов с точными решениями отдельных задач. В частности, приближенные результаты сравниваются с точным решением нелинейной задачи о выпучивании невесомого стержня под действием продольной сжимающей силой.

Практическая ценность. Построенная модель изгиба слоистого стержня и разработанный приближенный метод решения задачи сильного изгиба и полученные при этом результаты представляют собой определенный Е.клад в разработку методов расчета, используемых при проектировании сверхпроводящих кабелей. Результаты диссертации могут быть использованы в Энергетическом институте имени Кржижановского (г.Москва), в С. Петербургском физико-техническом институте РАН, Казанском филиале МЭИ, Институте новых материалов (г.Уфа).

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на семинарах и итоговых научных конференциях Института механики и машиностроения КНЦ РАН (Казань, 1995-1997), Института механики УНЦ РАН (1997), XVII Международной конференции по теории оболочек и пластин (Казань, 1995), II Республиканской научной конференции молодых ученых и специалистов (Казань, 1996), VII Международной Четаевской конференции по аналитической механике, устойчивости и управлению движением (Казань, 1997), VII Международном семинаре по физике сегнетоэлектриков (Казань, 1997), Международной конференции Модели механики сплошной среды, вычислительные технологии и автоматизированное проектирование в авиа и машиностроении (Казань, 1997).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит 113 страниц и состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы, включающего 108 наименовании, в том числе 1 таблицу и 16 рисунков.