ПРИМЕНЕНИЕ ГРАДИЕНТНОГО ДЕФОРМАЦИОННОГО КРИТЕРИЯ ДЛЯ АНАЛИЗА ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ОГНЕУПОРОВ В ПОЛЕ ТЕМПЕРАТУР

Аннотация

Предложен вычислительный подход к анализу термомеханического разрушения огнеупоров под действием быстрого изменения температуры, называемого термическим ударом. В основе предложенного подхода лежат последовательные расчеты поля температур в огнеупорной футеровке и поля упругих термических деформаций материала, выполняемые методом конечных элементов. Обработка полученных результатов проводится при помощи деформационного градиентного критерия хрупкого разрушения, введенного авторами. Предложенный критерий позволяет на основе динамического расчета температурных полей в футеровке и расчета соответствующих статических полей упругих деформаций материалов выявлять зоны начала трещинообразования, определять момент начала разрушения и прогнозировать направление роста трещин. Кроме того, учитывается температурная зависимость упругих свойств огнеупорных материалов, особенностью которой является изменение характера разрушения с хрупкого на пластичный при температурах эксплуатации, близких к температуре фазового перехода материала или какого-либо из его компонентов. Рассмотрены различные варианты установки изделий в футеровках и соответствующие поля упругих деформаций, возникающие при резком подъеме температуры в агрегате. Резкий односторонний нагрев одной из поверхностей футеровки является наиболее опасной с точки зрения термомеханических напряжений стадией эксплуатации высокотемпературного оборудования. Оценка средней скорости распространения трещины и возможность ее остановки в процессе роста проводилась при помощи анализа энергетического состояния окрестности вершины трещины путем сравнения энергии упругой деформации области материала с поверхностной энергией растущего дефекта. Рассмотрено практическое применение подхода и валидация результатов исследования на примере типичного разрушения рабочей футеровки сталеразливочного ковша.