Комплексный подход при оптимизации пластин в плоском напряженном состоянии, эксплуатируемых в условиях высокой температуры

Аннотация

Многие ответственные элементы строительных и машиностроительных конструкций при своей эксплуатации находятся в сложных условиях работы (высокая температура, агрессивная среда и т.д.). В этом случае они могут быть подвержены двойному эффекту: коррозии и поврежденности материала. Коррозия приводит к уменьшению сечения конструкции, в результате чего в ней увеличиваются напряжения. В свою очередь поврежденность материала сопровождается появлением в нем микротрещин и пустот, в результате неупругой деформации (ползучести), что приводит к ухудшению его физических характеристик (например модуля упругости) и резкому снижению величин напряжений, при которых происходит разрушение конструкции. В данной статье продолжено исследование в области оптимального проектирования конструкций, подверженных вышеупомянутому двойному эффекту на примере оптимизации пластин с отверстиями, находящихся  в плоском напряженном состоянии и подверженных высокой температуре (в предыдущих работах использование такого подхода было продемонстрировано при оптимизации изгибаемых элементов прямоугольного и двутаврового сечений). В качестве уравнения коррозии используется модифицированная модель Долинского, учитывающая влияние (дополнительное) защитных свойств антикоррозионного покрытия на кинетику коррозии. В качестве кинетического уравнения, описывающего изменение поврежденности материала, принимается модель Ю. Н. Работнова. Определяется продолжительность инкубационного периода начала ощутимого процесса поврежденности материала. Для исследования напряженного состояния пластины используется метод конечных элементов. При заданном контуре пластины находится оптимальное распределение толщины конечных элементов, на которые разбивается данная пластина. В качестве ограничения задачи оптимизации выступает параметр поврежденности материала пластины. Предложенный в работе подход может быть использован при решении аналогичных задач оптимального проектирования конструкций, работающих в условиях коррозии и поврежденности материала, с использованием как аналитических решений, так и численных методов.