Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата
физико-математических наук : 01.02.04 – Механика деформируемого
твердого тела. — Национальный исследовательский Томский
государственный университет. — Томск, 2015. — 20 с.
Научный руководитель: д.ф.-м.н., профессор Скрипняк В.А. Целью диссертационной работы является разработка новой методики численного решения нелинейных сопряженных задач описания термомеханических процессов в твердых телах сложной конфигурации при воздействии химически активных высокотемпературных газовых и жидких сред и проведение с ее использованием исследований закономерностей развития теплового и напряженно-деформированного состояния элементов конструкций энергетического и нефтегазового машиностроения. Научная новизна работы заключается в развитии подхода численного моделирования сопряженных термомеханических процессов в механических системах, где твердые тела с нелинейными свойствами подвергаются воздействию турбулентных неизотермических потоков газов или жидкостей.
В рамках диссертационных исследований был разработан новый итерационный алгоритм численного решения сопряженных задач термомеханики и строго сформулирована обобщенная физико-математическая модель, описывающая нестационарные сопряженные процессы деформирования и тепломассообмена в системах, где элементы конструкций с нелинейными свойствами подвергаются термосиловому воздействию высокотемпературных потоков газов или жидкостей со сложной структурой и физикой течения.
С использованием разработанных моделей и алгоритмов были проведены численные исследования, в результате которых были расширены представления о закономерностях эволюции теплового и напряженно-деформированного состояния элементов конструкций сложных механических систем с локальными источниками тепла в энергетической и нефтегазовой сфере. Получены новые данные о зависимостях напряжений и деформаций, формирующихся в типовых элементах конструкций реакторов фильтрационного горения при различных мерах тепловой защиты в условиях достижения сверхадиабатических температур сгорания топлива. Впервые были получены закономерности эволюции деформаций пластичности и ползучести в материале элементов конструкций трубопроводных систем в процессе их прогрева протекающим высокотемпературным газом от температуры окружающей среды до 750 °C в зависимости от скорости изменения теплового состояния системы и скорости течения рабочих сред. Теоретическая и практическая значимость работы. Разработанный новый подход, физико-математическая модель и вычислительный алгоритм расширяют теоретические основы и возможности численного исследования нелинейных сопряженных процессов деформирования и тепломассообмена в механических системах. Применение разработанной методики при решении научных поисковых
задач обеспечит более полное понимание закономерностей эволюции сопряженных термомеханических процессов в системах, где твердые тела с нелинейными свойствами подвергаются воздействию высокотемпературных потоков жидкостей или газов со сложной структурой и физикой течения.
При проектировании объектов новой техники в сферах энергетического и нефтегазового машиностроения, предложенный подход может применяться на этапе инженерного анализа для более достоверного прогнозирования длительной прочности и работоспособности деталей и узлов различных конфигураций, эксплуатация которых сопровождается значительным разогревом. Учет связанности процессов деформации и тепломассопереноса в явном виде позволяет исследовать связи между характером внешних воздействий со стороны газообразных или жидких сред и деформационным поведением элементов конструкций, что позволяет эффективно определять оптимальные и рациональные режимы работы различных устройств без риска возникновения недопустимых деформаций и разрушения.
Постановка и решение прикладных краевых сопряженных задач термомеханики для определения теплового и напряженно деформированного состояний механических систем представляет интерес для внедрения в инженерную практику. Данные об НДС элементов конструкции реактора фильтрационного горения в зависимости от толщины слоя футеровки реакционной камеры, могут быть использованы при разработке мер тепловой защиты устройств подобного класса.
Научный руководитель: д.ф.-м.н., профессор Скрипняк В.А. Целью диссертационной работы является разработка новой методики численного решения нелинейных сопряженных задач описания термомеханических процессов в твердых телах сложной конфигурации при воздействии химически активных высокотемпературных газовых и жидких сред и проведение с ее использованием исследований закономерностей развития теплового и напряженно-деформированного состояния элементов конструкций энергетического и нефтегазового машиностроения. Научная новизна работы заключается в развитии подхода численного моделирования сопряженных термомеханических процессов в механических системах, где твердые тела с нелинейными свойствами подвергаются воздействию турбулентных неизотермических потоков газов или жидкостей.
В рамках диссертационных исследований был разработан новый итерационный алгоритм численного решения сопряженных задач термомеханики и строго сформулирована обобщенная физико-математическая модель, описывающая нестационарные сопряженные процессы деформирования и тепломассообмена в системах, где элементы конструкций с нелинейными свойствами подвергаются термосиловому воздействию высокотемпературных потоков газов или жидкостей со сложной структурой и физикой течения.
С использованием разработанных моделей и алгоритмов были проведены численные исследования, в результате которых были расширены представления о закономерностях эволюции теплового и напряженно-деформированного состояния элементов конструкций сложных механических систем с локальными источниками тепла в энергетической и нефтегазовой сфере. Получены новые данные о зависимостях напряжений и деформаций, формирующихся в типовых элементах конструкций реакторов фильтрационного горения при различных мерах тепловой защиты в условиях достижения сверхадиабатических температур сгорания топлива. Впервые были получены закономерности эволюции деформаций пластичности и ползучести в материале элементов конструкций трубопроводных систем в процессе их прогрева протекающим высокотемпературным газом от температуры окружающей среды до 750 °C в зависимости от скорости изменения теплового состояния системы и скорости течения рабочих сред. Теоретическая и практическая значимость работы. Разработанный новый подход, физико-математическая модель и вычислительный алгоритм расширяют теоретические основы и возможности численного исследования нелинейных сопряженных процессов деформирования и тепломассообмена в механических системах. Применение разработанной методики при решении научных поисковых
задач обеспечит более полное понимание закономерностей эволюции сопряженных термомеханических процессов в системах, где твердые тела с нелинейными свойствами подвергаются воздействию высокотемпературных потоков жидкостей или газов со сложной структурой и физикой течения.
При проектировании объектов новой техники в сферах энергетического и нефтегазового машиностроения, предложенный подход может применяться на этапе инженерного анализа для более достоверного прогнозирования длительной прочности и работоспособности деталей и узлов различных конфигураций, эксплуатация которых сопровождается значительным разогревом. Учет связанности процессов деформации и тепломассопереноса в явном виде позволяет исследовать связи между характером внешних воздействий со стороны газообразных или жидких сред и деформационным поведением элементов конструкций, что позволяет эффективно определять оптимальные и рациональные режимы работы различных устройств без риска возникновения недопустимых деформаций и разрушения.
Постановка и решение прикладных краевых сопряженных задач термомеханики для определения теплового и напряженно деформированного состояний механических систем представляет интерес для внедрения в инженерную практику. Данные об НДС элементов конструкции реактора фильтрационного горения в зависимости от толщины слоя футеровки реакционной камеры, могут быть использованы при разработке мер тепловой защиты устройств подобного класса.