Неизотермической малоцикловой

Возвращаясь к задаче о выпучивании в условиях ползучести, заметим, что принцип соответствия в этом случае справедлив как для изотермических (Био [12]), так и для неизотермических процессов (Шепери [95]), если (i) плоскость нагруже-ния (выпучивания) со временем не меняется и (И) выполняются условия применимости принципа соответствия, указанные в разд. III; нагрузка прикладывается при t = 0.

Для обоснования возможности использования деформационно-кинетического критерия прочности и обобщенной диаграммы циклического деформирования в условиях неизотермического на-гружения необходимо выполнение широкой программы экспериментальных исследований, причем получение характеристик критериальных уравнений, отражающих особенности неизотермических процессов, должно осуществляться из системы базовых экспериментов. К таким экспериментам относятся прежде всего мягкое и жесткое нагружения, сопровождающиеся синфазным и противофазным нагревом — охлаждением, а также монотонное статическое растяжение образца с варьируемой в широких пределах скоростью деформирования в условиях заданного температурного цикла.

На факультете существует несколько научных направлений, так например, школа проф. И. И. Чернобыльского — А. Г. Бондарь, В. И. Гнатовский, С. А. Городинская, Ю. М. Тананайко, Е. Г. Воронцов, М. И. Павлищев и др.— по интенсификации процессов тепломассообмена в аппаратуре химических производств; группа проф. Ю. Е. Лукача — В. Л. Кочергин, В. В. Малиновский, С. И. Доб-роногова, Ж. А. Насонкин, В. Л. Кочеров — по исследованию неизотермических процессов при переработке полимеров на червячных, валковых и других машинах; группа доц. Р. Я. Ладиева — А. И. Кур-бак, Ю. А. Остапенко, Б. Б. Булгаков, А. К. Плесконос — по исследованию химических машин и аппаратов как объектов автоматического управления. Выпускниками факультета являются заместители министра трех республиканских министерств Л. С. Чередниченко, П. К- Адрианов, А. И. Маркевич, директора и главные инженеры заводов и предприятий И. М. Белый, А. П. Чистяков, Г. И. Герасевич, В. И. Хорьков, А. И. Иванченко, А. П. Полы-вяный и многие др.

НЕИЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Выполненные за последние годы исследования неизотермических процессов переработки термопластов позволяют подвести некоторые итоги и наметить перспективы исследований в этой исключительно важной для техники области.

Исследования неизотермических процессов переработки нельзя считать самоцелью. Задачей этих исследований должны являться: интенсификация процессов переработки, создание новых устройств теплоснабжения, оборудования для переработки термопластов и разработка методов расчета теплоэнергетических параметров оборудования.

В результате проведенных нами теоретических и экспериментальных исследований получены соответствующие дифференциальные уравнения и алгоритмы их решения для неизотермических процессов переработки термопластов на валковых, червячных и дисковых машинах, а также при течении расплавов полимеров в каналах различной формы.

где С и D — комплексы, включающие физические константы полимера, геометрические параметры, скорости и градиенты скоростей. По уравнению (23) можно найти величину температуры в любой точке, так как интеграл можно подсчитать численно с любой точностью. Но это решение в принципе менее точно, чем решения в первом и втором приближениях. Очевидно, чем менее выражена неизотермич-ность процесса, тем точнее теоретическое решение задачи. Но в любом конкретном случае для того, чтобы выяснить, по какому методу решать задачу, нужно проанализировать решение по всем трем методам. Поэтому нам представляется весьма перспективным проведение аналитических и экспериментальных исследований с целью разработки экспресс-метода, когда при минимальных предварительных вычислениях можно оценить уровень (критерий) неизотермичности и рекомендовать для полного решения задачи один из вышерассмотренных методов интегрирования математической модели. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований нами разработаны общие методы расчета теплоэнергетических параметров оборудования для переработки термопластов и новые системы теплоснабжения. При этом отдано предпочтение индукционным системам, как наименее инерционным. Исследования неизотермических процессов экструзии термопластов позволяют нам сформулировать некоторые принципы конструирования экструдеров и задачи исследования в этой области. Нами установлено, что кривые давлений и энергетических затрат в червячном экструдере проходят через максимум по длине червяка. Максимум значений энергетических затрат находится в зоне полурасплава. Причем, как показали наши теоретические и экспериментальные исследования, положением этого максимума можно управлять, приближая или отдаляя его от зоны загрузки. Смещение максимума энергетических затрат к зоне загрузки создает предпосылки к созданию компактных комбинированных экструдеров, ибо дальнейшая проработка расплава после достаточно короткого червяка может происходить на дисковой части экструдера, а большое давление, которое может быть реализовано в зоне полурасплава, обеспечит напорное течение расплава не только через зону дисковой части экструдера, но и через формующий инструмент. В ос-

— разработка методов моделирования нелинейных неизотермических процессов деформирования разрушения трехмерных тел.

— разработка методов моделирования нелинейных неизотермических процессов деформирования, разрушения трехмерных тел.

щения U, (1.2.4) или (2.1.70) для расчета тензора деформации TL или Те, (1:2.137) для расчета тензора скоростей деформаций Т^. Вместе с основным множеством перечисленные уравнения образуют новое замкнутое множество уравнений, содержащее 28 скалярных уравнений и такое же количество скалярных неизвестных, которое используется в математической постановке изотермических задач ТП. Для неизотермических процессов к этим уравнениям следует добавить уравнение теплопроводности (1.4.61), в котором все теплофизические параметры должны быть заданы. В этом случае к 28 неизвестным величинам добавляется температура 0 и замкнутое множество содержит 29 скалярных уравнений.

Для проведения испытаний с целью изучения закономерностей неизотермической малоцикловой прочности, а также неизотермического деформирования используются установки растяжения — сжатия, снабженные системами программного регулирования. В этих установках основные решения вопросов управления режимами неизотермического нагружения, измерения процесса деформирования и нагрева, регистрации параметров соответствуют использованным в исследованиях сопротивления деформированию и разрушению в условиях длительного малоциклового нагружения, а также в описанной выше крутильной установке. Применены системы слежения с обратными связями по нагрузкам (деформациям) и температурам, отличающиеся непрерывным измерением и регистрацией основных характеристик процесса (напряжение, деформация, температура) в форме диаграмм циклического деформирования, развертки изменения параметров во времени, а также кривых ползучести и релаксации при однократном и циклическом нагружении.

рис. 72). Данные по изотермической и неизотермической малоцикловой усталости (точки 3 и 4 на рис. 73) также совпадают. Это позволяет для сплава ХН73МБТЮВД использовать для получения исходных характеристик Np и ef результаты испытаний при постоянной температуре, что может существенно сократить

Для оценки неизотермической малоцикловой прочности при различных (а в общем случае производных) сочетаниях режимов нагрева и нагружения, свойственных эксплуатационным характеристикам реального конструктивного элемента, должен быть получен, с одной стороны, комплекс исходной информации: кинетика параметров процесса циклического упругопластического деформирования (в опасной зоне) и прежде всего изменение полной (или необратимой) деформации с числом циклов нагружения, и данные, характеризующие развитие односторонне накопленной деформации по числу циклов,, а

эксплуатации и в стендовых испытаниях (в последнем случае расчет проводился по средним величинам деформаций, полученных из деформаций, найденных МКЭ и по уравнению (4)) показывает удовлетворительное их соответствие и подтверждает надежность деформационно-кинетической трактовки предельного состояния при оценке неизотермической малоцикловой прочности [1, 4, 7, 11].

При выполнении комплексной программы исследования неизотермической малоцикловой усталости, принятой для изучения свойств сплавов в связи с формой, длительностью циклов температуры и напряжений, их сочетаний, для сплавов ХН75МБТЮ-ВД, ХН56МВТЮ, ХН60ВТ,

В—режим неизотермической малоцикловой усталости {по одинаковой программе цикли -чески изменяются и температура, и внешняя осевая нагрузка с частотой 0,5 цикл/мин)

При выполнении комплексной программы исследования неизотермической малоцикловой усталости, принятой для изучения свойств сплавов в связи с формой, длительностью циклов температуры и напряжений, их сочетаний, для сплавов ХН75МБТЮ-ВД, ХН56МВТЮ, ХН60ВТ,

Например, в результате неизотермической малоцикловой усталости происходили разрушения барабанов котлов в зоне водовпускных отверстий, стопорных клапанов турбин, сварных соединений на коллекторах и трубопроводах, коленах труб паропроводов. Наработка на отказ таких деталей составляет от нескольких

Типичны данные работы [127] для жесткого режима неизотер мического нагружения (рис. 2.2). Испытания аустенитной коррози онно-стойкой стали выполнены при независимых малоцикловом на гружении (растяжение-сжатие) и циклическом нагреве при широко* варьировании значения и диапазона температур. Можно отметит) ряд моментов. Во-первых, малоцикловая долговечность существен но зависит от режима нагрева: кривые малоцикловой усталост] при постоянных температурах (1, 2, 3} располагаются существен но выше, чем кривые неизотермической малоцикловой усталост]

Рис. 2.3. Сопротивление неизотермической малоцикловой усталости сталей 12Х1Ш9Т (а) и 15Х1Ш12С4ТЮ (б) в зависимости от режимов термомеханического нагружения: 7, 2; 3, 4 — по режимам, представленным соответственно на рис. 1.19, а, б, в, и (7"= 150... 650° С); 5, 6 — по режиму рис. 1.19, а (Т = = 650° С); 1, 6 — аа = 4,25; 7 —по режиму рис. 1.19, а (Г=600°С); 8 —по режи-му рис. 1.19, в (Т=200 ...600° С); 9, 10 — по режиму рис. 1.19, u(TmiD = 200° С, Ття^ = 600 и 700° С соответственно)

Отмеченные закономерности прослеживаются как в полных (см. рис. 2.5), так и в пластических (см. рис. 2.6, а) деформациях. Таким образом, можно утверждать, что сопротивление неизотермической малоцикловой усталости определяется прежде всего следующими факторами: фазовым сочетанием циклов нагрева и меха-