Введение к работе
Актуальность проблем Ободочечные конструкции является составными частями многих сложных агрегатов,шиш и мэхакизтоз. В болыз:н-стве случаев эти конструкции должны выдерживать экстремально виеоию нагрузки функционирования и внеппгие воздействия,сохраняя заранее заложенную работоспособность. Высокая интенсивность нагрухвкия галвт привести к необратимым последствиям: остаточнім деформациям,вызванным пластическим течением материала,и разрушении оболочки. Особый интерес, в связи с этим,представляет исследование высокоскоростного деформирования оболочечных конструкции при ударно-импульсном нагру.та:;:;і. Это обуславливается,в частности, развитием ударна, взрывных и других ексо-коэнергетических методов обработки металлов в различных технологических процессах (сварка,упрочнение взрывом, клепка, резание), нгсбходж-о-сть» создания специальных средств завиты оболочечных конструкция от ударных волн взрыва и воздействия газообразной или гадкой среды,а также твердых тел, движущиеся с больной скорость». Гласила особенностями такого нагружения является волновой характер реакции сболочечной гон-струкций, геометрическая и физическая нелинейность процесса деформирования. Имеют место больше значения удлинений волокон в сечениях и углов их поворота Возникает пластическое течение материала, їїмєгззє вязкий характер (зависящее от скорости нагрухзнг.а) и сопрозождаюзэеся упрочнением,а тагаэ происходит изменение его состояния (проявляется сжимаемость). Эти явления сопровождается образованием кироповреддеюй, их ростом и слиянием,вследствие чего происходит релаксація напряжений на фронтах ударных волн и разрушение (появление мокротрещпш).
Изучении этих проблем посвящены работы как отечественных и зарубежных ученых,среди которых южно отметить Рузанова А. И. .Холодова А. С., Сштап D.Gurson A. .Seaman L и др.
Практически единственным средством для исследования поведения реальных оболочечных конструкций (сосудов давления,корпусов судов,ракетно-космических аппаратов и др.) при интенсивном ударно-кмпульснои нагружении является математическое моделирование или иначе численный эксперимент.В его основе лежит сочетание экспериментального,изучения (в доступном диапазоне изменения скоростей нагрухения) основных закономерностей поведения оболочечных конструкций и физико-механических яв-
- . - -1- -,-.
лгниа,имеющих при этом место в составляющем «а материале или материалах, с численным моделированием этих ;;роцэссов.
Опжакие геометрически нелинейного деформирования оболочки слоя-ной формы можно реализовать в райках классической и кеклассической теорий. Для тонких оболочек'достаточно точные уравнения получают раз-лозвнием фунщй, определявших их конфигурацию и деформирование в тензорній ряды по вырожденной координате с учетом гипотез Кирхгофа-Лява
Моделирование поведения мзтериала оболочечных конструкций в условиях, с ложного нагруюния.приьодяцего к больших деформациях их элементов, трэбует особых подходов.Математическое описание-реального фи-. зического процесса пластичесісого течения с учетом вязкости л происходящего при этой разрушим как совокупности явлений образования, роста.движения и уничтожения дислокаций малопригоден для реиения практических задач, ійдели такого типа являются очень слоеными и требует, для их реализации, проведения трудоемких экспериментальных исследований. Численное изучение скоростного деформирования оболочечных конструкций проводят с использованием адекватных определяющих соотношений, построенных по экспериментальный данным. Эти модели различаются между собой степенью обобиэния,обос":ованностьо,практической пригодностью для инженерных приложении. Сре; і них предпочтительнее.выглядят структурные модели микропластичности Афанасьева-Бесселинга,Кадаиевича -Новожилова и др. ,дахще описание этих явлений и требующие.сравнительно несложный базовый эксперимент для определения входящих параметров.
Шделирование процесса разрушения непосредственно связано с описанием поведения и состояния материала при внешнем нагружении. Во многих случаях оценку несуцей способности оболочечной конструкции необходимо дать на начальной стадии разрушения: на этапе-зарождения микро-.повреждений,их роста в результате пластического течения материала или действия ударной волна Исследование разрушения на этом этапе осущзств ляется в континуальной постановке. Используются феноменологический,між роструктурный и термодинамический подходы. Настояная работа посвяя^на разработке достаточно эффективного метода численного моделирования не линейных процессов деформирования и разрушения оболочечных конструкци сложной формы при ударно-импульсном нагружении на базе структурной чс дели микропластичности Афанасьева-Бесселинга,феноменологической Chu-
Gurson-Heedlenan-Rice и микроструктурной Barbee-Curran-Seaman-Shockey даделей высокоскоростного разрусения металлов.
Цель работа: разработка обцэго. подхода к моделирования процессов деформирования и разрушения оболочечних конструкций из упруго-вязко- пластического материала с учетом его стичіемссти пр.і ударно-импульсных воздействиях. Разработка и обоснование алгоритмов и их реализация в комплексе прикладных програш для численного исследования такого рода процессов в оболочках. Реаение актуальной пріїхладпой задачи на основе разработанной теории.
Задачи работа -поставить ісраевую задачу деформирования оболочек сложной ферма в рамках классической теории с учетом.геометрической и физической нелинейности моделируемого процесса
-описать упруго-вязко-пластическое поведения і.атер;;ала обохочечнкх конструкций на базе структурной модели микропластичности Афаиасьева-Бесселинга.а состояние этого материала - з акустическом или квазиакустическом приближениях (без учета тепловой составлявший), -разработать модель вязкего разрусения з континуальной постановке как процесса образования и роста микропоБрезгденчй ка основе сбобс^ния модели микропластичности и феноменологической моделі! разрусения Chu-Gurson-Needlenan-Rice.a такхэ млкроструктурной-иодели разрусения Barbee-Curran-SeaTan-SlTockey.
-разработать и обосновать метод численного регепия краевой задачи деформирования й разрусения с использование конечно-разностных схем "сквозного" счета и схемы,полученной с применением интегро-интерполяционного метода (Ш).
-создать комплекс программ для численного исследования процесса деформирования и разрушения слояных сболочечных конструкций при ударр.о-импульсном нагрутении.
-выполнить численное решение актуальной в прикладном отношении задачи о ударном, деформировании и разрушении оболочек АЭС.
Научную новизну диссертационной работы составляет: -разработка модели геометрически и физически нелинейного процесса деформирования и взаимосвязанного с ним процесса вязкого разрусения салочек сложной формы на осново классической механики оболочек,модели
- б -
микрояластичности Афанаеьева-Бесселинга и континуальной механики разрушения (соотношений Chu-Gurson-Keedleman-Rice (несжимаемый материал) и соотношений Barbee-Curran-Seanan-Shockey (сжимаемый штериал)) -создание численного алгоритма математического моделирования процессов деформирования и разрусекия оболочечных конструкций при ударно-импульсном нагругэнки и его реализация в виде пакета прикладных программ.
Достоверность результатов:разработанная методика и созданный паїсет прикладных програмі DPO(KL) апробированы на решении ряда модельных задач. Полученные расчетные данные хорошо согласуются с соответствующими результатами численного моделирования,проведенного другими авторами и даннька экспериментальных исследований.
Практическая ценность работы заключается в-еледудам: -разработана универсальная модель нелинейного деформирования и разрушений оболочечных конструкций в цкрокоы.диапазоне изменения практически встречающихся скоростей нагружения на основе классической механики оболочек,модели микропластичкости Афанасьева-Бесселинга,феноменологической шдэли разрушения Chu-Gurson-Needleman-Rice и микроструктурной модели разрусения Barbee-Curran-Shockey-Seaman -создал комплекс программ для численного исследования процессов де-форнирования и разрушения сложных оболочечных конструкций при ударно- импульсной кагрухении.орзйнтироЕе :ный на возможности современной вычислительной техкяи
-проведено численное ресение актуальной для обеспечения безопасности АЗС задачи о поведении гиба трубопровода первого контура АЭС при ударе о твердую поверхность,вызванном разрукением его опор. Апробация работы: основные положения и результаты диссертационной работа кзлогекы в статьях [1] - [53 и докладывались на семинаре Отдела механики деформирования и разрупенкя им. академика Серенсена в ИМАШ, семинаре "Цикромеханика материалов" ил академика Работного в ИШ1
Об'єм гдботн. Диссертация состоит из введения,пяти глав,заключения, списка литературы. Список литературы насчитывает 155назЕание
Диссертация изложена наї^страницах машинописного текста,содержит 68 рисункоь