CC BY
12
0,05
- 0,05
- 0,1
w
Литература
1. Мусаев В.К. Применение метода конечных элементов к решению плоской нестационарной динамической задачи теории упругости// Механика твердого тела. - 1980. - № 1. - С. 167.
2. Мусаев В.К. Решение задачи дифракции и распространения упругих волн методом конечных элементов// Строительная механика и расчет сооружений. - 1990. - № 4. - С. 74-78.
3. Мусаев В.К. Решение задачи о распространении плоских продольных взрывных волн в упругой полуплоскости// Техносферная безопасность, надежность, качество, энерго и ресурсосбережение: Т38. Материалы Межд. научно-практической конференции. Вып. IX. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2007. - С. 274-280.
4. Мусаев В.К. Решение задачи о воздействии сосредоточенной взрывной волны на свободной поверхности упругой полуплоскости// Техносферная безопасность, надежность, качество, энерго и ресурсосбережение: Т38. Материалы Межд. научно-практической конференции. Вып. IX. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2007.-С. 281-287.
160
Рис. 9. Изменение упругого нормального напряжения а х во времени ? / /М в точке ВЪ
ON MODELLING THE CONCENTRATED BLAST WAVE ON THE FREE SURFACE OF ELASTIC FLOORPLANE
V.K. Musayev
Questions of numerical modelling of a problem on influence of the concentrated blast wave on a free surface of elastic floorplane are considered. The problem is solved by means of a method of final elements in displacements. Pressures in characteristic points nearby to a floorplane are resulted.
-0- -0-
ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ДЕФЕКТОВ НА СВОЙСТВА НАГРУЖЕННЫХ ТОНКОСТЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ В АГРЕССИВНОЙ СРЕДЕ
Н.М. ЖУПОВ, д.т.н. А.Р. НУРГАЛИЕВ, м.н.с.
Институт механики и машиностроения Казанского научного центра РАН
Введение. Известно, что многие сооружения и конструкции работают в агрессивных средах, которые оказывают отрицательное влияние на техническое состояние металлоконструкций и, в общем, на их техническую безопасность. В процессе коррозионного износа происходит изменение геометрических и механических характеристик. Кроме того, процесс коррозии, как экзотермический процесс, приводит к повышению температуры в среде и появлению зон термических неоднородностей, что является фактором нарушения экологического равновесия. То есть процесс коррозии имеет технический и экологический аспекты. В связи с этим изучение явления коррозии металлов поможет предотвратить техногенные и экологические катастрофы. Несмотря на большое внимание
этой проблеме, вопросов не становится меньше, актуальность проблемы не снижается. Защита от коррозионного разрушения элементов конструкций и сооружений, работающих при интенсивных механических воздействиях, является одной из важнейших задач современности.
Модели коррозионного износа, закономерности процесса коррозии и Теория пассивации с учетом механических воздействий, а также способ определения механических характеристик металлических мембран в коррозионных средах рассмотрены, в частности, в монографии [1]. Особую опасность для нагруженных конструкций представляют случаи, когда имеет место два и более источника разрушения, например, концентраторы напряжений + коррозия. В данной работе представлены результаты исследования влияния дефектов в виде поверхностных царапин на механические характеристики нагруженных тонкостенных элементов конструкций, работающих в агрессивной среде.
Некоторые аспекты экспериментально-теоретического подхода, разработанных в лаборатории нелинейной механики оболочек ИММ КазНЦ РАН изложены б работах [ 1 -7] и в составе комплексной разработки включена в Отчет РАН за 2006 год [8], а также награждена Серебряной медалью и Дипломом на 35-ом Международном Салоне «Женева-2007» (Швейцария) [9].
Экспериментальный этап. Для исследования используется установка ДМК-1 (рис.1), которая состоит из рабочей части, нагрузочного резервуара, источника давления, измерительного комплекса и соединительных магистралей.
Рис. 1. Общий вид установки
Рабочая часть состоит из пяти одинаковых секций, связанных с нагрузочным резервуаром. Установка ДМК-1 позволяет производить испытания подвергнутых воздействию равномерного давления воздуха образцов круглой формы, закрепленных по контуру и находящиеся в коррозионной среде. На разработанный способ и установку получен патент РФ на изобретения [2].
Были рассмотрены образцы толщиной материала Ио=0,6 мм и диаметром испытываемой части = 110 мм, с дефектами в виде царапин. Царапины глубиной около 0.02 мм наносились в виде прямоугольной сетки с различными шагами. Изображение образцов с дефектами приведено на рис.2.
Образцы испытывались под давлением 0,2 МПа в течение 888 часов. В качестве агрессивной среды использовался раствор гипохлорит натрия. Вследствие невозможности обеспечения полной герметизации, давление несколько падало, поэтому проводилась регулярная подпитка до 0,2 МПа. Для сопоставления результатов два образца с царапинами подвергались воздействию агрессивной средой, а два других образца с царапинами и один образец без царапин не подвергались коррозионному износу. При этом имело место: образец №1 - царапины с шагом 25 мм без агрессивной среды; образец №2 - царапины с шагом 25 мм с агрессивной средой; образец №3 - царапины с шагом 10 мм с агрессивной средой; образец №4 - царапины с шагом 10 мм без агрессивной среды; образец №5 - без дефектов.
Рис. 2. Испытуемые образцы с царапинами
В процессе эксперимента снимались показания индикаторов, показывающих изменение высоты подъема купола всех образцов. График изменения прогибов по времени представлен на рис.3.
Теоретический этап. На теоретическом этапе, был определен характер изменения модуля упругости и условного модуля упругости материала образцов, подверженных коррозионному износу. По формуле Тимошенко
10,5(1
Е. =
у2)Ра4
(1)
Нк{тН 2 + 56/г2) были определены модули упругости образцов в начальный момент испытания, когда образцы испытывали упругую деформацию (таблица 1). В формуле (1): V - коэффициент Пуассона; р - давление, действующее на рабочую часть испытуемого образца; а - радиус рабочей части образца; Н - максимальный прогиб образца под действием давления нагружения; к - толщина образца в рассматриваемый момент времени; т - коэффициент учета степени геометрической нелинейности рассматриваемого образца (к = 25;...; 30,6).
2,2-,
2,1
I
8.
с 1,8
1,7-1,6-1,5
-Образец 1
- Образец 2 Образец 3
- Образец 4 Образец 5
200
800
1000
400 600 Время, час
Рис. 3. Изменение прогиба по времени
Таблица 1. Модуль упругости в начале эксперимента
Образец 1 Образец 4 Образец 5
Е, МПа 149000 133300 200000
Образцы, подверженные коррозии, в процессе испытания из упругой области деформирования переходили к пластическим деформациям, т.е. при снятии давления форма купола сохранялась. Для этих образцов были определены условные модули упругости Еусл
с!А к (3 )(к+]),2ра
, (2)
Е
уел
к , А 1 к~1
е; + Аке ,.
А =
de ' ' ' (2)K+iJh
I \ w / v и
где А и к характерные переменные величины, определяемые для материала в каждый конкретный момент износа; - интенсивность деформаций; 3 - вспомогательный параметр, зависящий от деформаций в материале, высоты подъема купола мембраны Ни величина к, ко - толщина образца до испытаний.
Значения вычисленных условных модулей упругости и их отношение для образцов №2 и №3 приведены в таблице 2. График изменения условного модуля упругости по времени представлен на рис.4.
10000 -I
V
i 38000-
u 36000-
е
& 34000 -£ 32000-
I
| 30000 -
| 28000 ш
g 26000 -1 >
24000 -
Образец 2 Образец 3
200
400
600
800
1 000
Время, час
Рис. 4. Изменение условного модуля упругости по ипемени Таблица 2. Изменение условного модуля упругости по времени и их отношение
Время, час Условный модуль для образца 2: Еобр2, МПа Условный модуль для образца 3: Еобр}, МПа Еобр2/ ЕдОрЗ
24 38815,5 34520,2 11,24
120 37050,7 32881,2 11,26
240 35559,2 31611,4 11,24
288 34151,1 30212,4 11,30
408 32886,4 28948,0 11,36
432 30875,2 27021,0 11,42
576 29388,3 25980,5 11,31
768 27471,7 24691,6 11,12
888 26836,9 24249,2 11,06
Выводы. Механические дефекты ускоряют процесс коррозионного износа и влияют на механические характеристики материала. Для мембраны с дефектами условный модуль упругости в конце испытания составил: для редкой сетки 26836 МПа, а для более густой сетки 24249 МПа.
Литература
1. НизамовХ.Н., Сидоренко С.Н., Якупов Н.М. Прогнозирование и предупреждение коррозионного разрушения конструкций. М.: Изд-во РУДН, 2006. - 355 с.
2. Якупов Н.М. Нуруллин Р.Г., Нургалиев А.Р., Якупов С.Н. Способ испытаний образцов металлических мембран под напряжением и устройство для его осуществления. Патент на изобретение №2296976, опубл. 10.04.2007.
3. HypcGJîiiCQ А..Р., Нуруллин Р./1., Якупов Н.М. Исследование механических Х2рзк~ теристик металлических мембран в процессе коррозионного износа // Труды XXI Международной конференции по теории оболочек и пластин, Саратов, Изд. СГТУ, 2005. -С.176-179.
4. Нургалиев А.Р., Якупов Н.М. Исследование механических характеристик тонкостенных элементов конструкций подверженных коррозионному износу и находящихся под воздействием нагрузки // Актуальные проблемы механики сплошной среды. К 15-летию ИММ КазНЦ РАН. 2006. - С.244-254.
5. Нургалиев А.Р., Нуруллин Р.Г., Якупов Н.М., Якупов С.Н. Предотвращение разрушения строительных конструкций крупногабаритной градирни СК-1200 // IX Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике. Аннотации докладов. Нижний Новгород. Изд-во Нижегородского госуниверситета им.Н.И.Лобачевского. Нижний Новгород. 2006. С. 160-161.
6. Якупов Н.М., Галявиев Ш.Ш., Нургалиев А.Р., Якупов С.Н. Усиление металлической части конструкции крупногабаритной градирни СК-1200 // Национальная конференция по теплоэнергетике. Материалы докладов. Казань, 2006. - С.43-46.
7. Якупов Н.М. Лаборатория нелинейной механики оболочек: история и разработки последних лет, Казань: ИММ КазНЦ РАН, 2006. - 97 с.
8. Отчет о деятельности Российской академии наук в 2006 году. Основные результаты в области естественных, технических, гуманитарных и общественных наук. Механика. М.: Наука, 2007. - С.62.
9. Jakupov Nuch et alea - RUSSIE Determination des caractéristiques mécaniques des membranes et des films défectueux et leur utilisation //35 SALON INTERNATIONAL DES INVENTIONS, DES TECHNIQUES ET PRODUITS NOUVEAUX DE GENEVE, 2007. -P.99, 101.
INFLUENCE OF MECHANICAL DEFECTS ON PROPERTIES OF THE LOADED THIN-WALLED ELEMENTS OF DESIGNS IN THE EXCITED ENVIRONMENT
N.M. Yakupov, A.R. Nurgaliev
Installation DMK-1 has been created for research of corrosion deterioration of metal membranes at presence of mechanical loadings and the experimentally-theoretical approach of research of their mechanical characteristics is developed. Researches of influence of superficial defects on mechanical characteristics of the membranes subjected to mechanical influence in the corrosion environment are carried out. Samples with defects in the form of scratches with the certain step are considered. For comparison of results, similar samples with scratches were simultaneously tested without an excited environment. Character of change of the conditional module of elasticity of a material is certain, are drawn conclusions.
