ОЦЕНКА РЕСУРСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЕТАЛЕЙ ЭНЕРГООБОРУДОВАНИЯ ПРИ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

Аннотация

Обсуждается проблема оценки прочности и ресурса ответственных инженерных объектов, эксплуатационные свойства которых характеризуются многопараметрическими нестационарными термомеханическими воздействиями. Рассмотрены основные деградационные механизмы конструкционных материалов (металлов и их сплавов), характерные для таких объектов. Сформулированы основные требования к математическим моделям указанных процессов.
С позиции механики поврежденной среды развита математическая модель, описывающая процессы термопластического деформирования и накопления усталостных повреждений при деградации материала по механизму термической усталости. Модель состоит из трех взаимосвязанных частей: соотношений, определяющих циклическое термопластическое поведение материала с учетом зависимости от процесса разрушения; уравнений, описывающих кинетику накопления усталостных повреждений; критерия прочности поврежденного материала.
Вариант определяющих соотношений термопластичности основан на представлении о поверхности текучести и принципе градиентальности вектора скорости пластических деформаций к поверхности текучести в точке нагружения. Такой вариант уравнений состояния отражает основные эффекты процесса циклического термопластического деформирования материала для произвольных сложных траекторий комбинированного термомеханического нагружения.
Вариант кинетических уравнений накопления усталостных повреждений основан на введении скалярного параметра поврежденности, базируется на энергетических принципах и учитывает основные эффекты образования, роста и слияния микродефектов при произвольных сложных режимах нагружения. В качестве критерия прочности поврежденного материала используется условие достижения величиной поврежденности критического значения.
Для оценки степени достоверности и определения границ применимости развитых определяющих соотношений механики поврежденной среды проведены расчеты процессов термопластического деформирования и накопления усталостных повреждений и выполнено сравнение полученных численных результатов с данными натурных экспериментов на примере конкретной прикладной задачи. Проведен численный анализ характерных особенностей термической усталостной долговечности компактного образца с концентраторами напряжений, имитирующими работу деталей в сопловой коробке паровой турбины атомной электростанции. Результаты расчетов процессов накопления усталостных повреждений при термопульсациях сопоставлены с экспериментальными данными.
Показано, что развитая модель качественно и с необходимой для инженерных расчетов точностью количественно описывает опытные данные и может эффективно применяться для оценки термоциклической усталостной долговечности конструкций при многоосных непропорциональных путях комбинированного термомеханического нагружения.