Оптимальне проектування елементів, що згинаються, в умовах корозії й пошкоджуваності матеріалу
Ключові слова:
корозія, антикорозійні покриття, оптимізаціяАнотація
Багато відповідальних елементів будівельних і машинобудівних конструкцій під час своєї експлуатації перебувають в складних умовах роботи (висока температура, агресивне середовище тощо). У цьому випадку вони можуть бути схильні до подвійного ефекту: корозії і пошкодження матеріалу. Корозія призводить до зменшення перерізу конструкції, через що в ній збільшуються напруження. У свою чергу, пошкодженість матеріалу супроводжується появою в ньому мікротріщин і порожнеч, в результаті непружної деформації (повзучості), що призводить до погіршення його фізичних характеристик (наприклад, модуля пружності) і різкого зниження величин напружень, за яких відбувається руйнування конструкції. У цій роботі розглядається оптимізація елементів прямокутного перерізу. що згинаються та експлуатуються в умовах, які сприяють появі як корозії, так і пошкодженню матеріалу. Як рівняння корозії приймається модель В. М. Долинського, що враховує вплив напружень на корозійний знос конструкцій. Як кінетичне рівняння, що описує зміну пошкодження матеріалу, використовується модель Ю. М. Работнова. Критерієм оптимальності служить мінімум маси конструкції. Оптимізується висота згинального прямокутного елемента за його довжиною з використанням принципу рівнопошкоджуваності в кінцевий момент життя конструкції. Запропонований в роботі підхід може бути використаний під час розв’язання аналогічних задач оптимального проектування конструкцій, що працюють в умовах корозії і пошкодження матеріалу, з використанням як аналітичних розв’язків, так і числових методів.Посилання
Kachanov, L. M. (1974). Osnovy mekhaniki razrusheniya [Fundamentals of fracture mechanics]. Moscow: Nauka, 308 p. (in Russian).
Kachanov, L. M. (1985). O vremeni razrusheniya v usloviyakh polzuchesti [On the time of fracture under creep conditions]. Izv. AN SSSR. Otd. tekhn. nauk – Proceedings of the USSR Academy of Sciences. Department of Technical Sciences, no. 8, pp. 26–31 (in Russian).
Rabotnov, Yu. N. (1966). Polzuchest elementov konstruktsiy [Creep of structural elements]. Moscow: Nauka, 752 p. (in Russian).
Lemaitre, J. (1984). How to use damage mechanics. Nuclear Engineering and Design, vol. 80, iss. 2, pp. 233–245. https://doi.org/10.1016/0029-5493(84)90169-9
Chaboche, J.-L. (1981). Continuous damage mechanics – a tool to describe phenomena before crack initiation. Nuclear Engineering and Design, vol. 64, iss. 2, pp. 233–247. https://doi.org/10.1016/0029-5493(81)90007-8
Golub, V. P. (1996). Non-linear one-dimensional continuum damage theory. International Journal of Mechanical Sciences, vol. 38, iss. 10, pp. 1139–1150. https://doi.org/10.1016/0020-7403(95)00106-9
Sosnovskiy, L. A. & Shcherbakov, S. S. (2011). Kontseptsii povrezhdennosti materialov [Concepts of material damage]. Vestnik TNTU – Scientific journal of TNTU, Special Issue (1), pp. 14–23 (in Russian).
Travin, V. Yu. (2014). Otsenka povrezhdennosti materiala pri raschete prochnosti i dolgovechnosti elementov korpusnykh konstruktsiy [Assessment of material damage in calculating the strength and durability of elements of hull structures]. Izv. Tul. un-ta. Tekhn. nauki – Izvestiya Tula State University. Series: Technical science, iss. 10, part 1, pp. 128–132.
Volegov, P. S., Gribov, D. S., & Trusov, P. V. (2017). Damage and fracture: Classical continuum theories. Physical Mesomechanics, vol. 20, iss. 2, pp. 157–173. https://doi.org/10.1134/S1029959917020060
Kostyuk, A. G. (1953). Opredeleniye profilya vrashchayushchegosya diska v usloviyakh polzuchesti [Determination of the profile of a rotating disk under creep conditions]. Prikl. matematika i mekhanika – Journal of Applied Mathematics and Mechanics, vol. 17, iss. 5, pp. 615–618 (in Russian).
Reitman, M. I. (1967). Theory of the optimum design of plastics structures with allowance for the time factor. Polymer Mechanics, vol. 3, iss. 2, pp. 243–244. https://doi.org/10.1007/BF00858872
Prager, W. (1968). Optimal structural design for given stiffness in stationary creep. Journal of Applied Mathematics and Physics (ZAMP), vol. 19, iss. 2, pp. 252–256. https://doi.org/10.1007/BF01601470
Nemirovskii, Yu. V. (1971). Design of optimum disks in relation to creep. Strength of Materials, vol. 3, iss. 8, pp. 891–894. https://doi.org/10.1007/BF01527642
Zyczkowski M. (1971). Optimal structural design in rheology. Journal of Applied Mechanics, vol. 38, iss. 1, pp. 39–46. https://doi.org/10.1115/1.3408764
Pochtman, Yu. M. & Fridman M. M. (1997). Metody rascheta nadezhnosti i optimalnogo proyektirovaniya konstruktsiy, funktsioniruyushchikh v ekstremalnykh usloviyakh [Methods for calculating the reliability and optimal design of structures operating in extreme conditions]. Dnepropetrovsk: Nauka i obrazovaniye, 134 p.
Fridman, M. M. & Zyczkowski, M. (2001). Structural optimization of elastic columns under stress corrosion conditions. Structural and Multidisciplinary Optimization, vol. 21, iss. 3, pp. 218–228. https://doi.org/10.1007/s001580050186
Fridman, M.M. & Elishakoff, I. (2013). Buckling optimization of compressed bars undergoing corrosion. Ocean Systems Engineering, vol. 3, iss. 2, pp. 123–136. https://doi.org/10.12989/ose.2013.3.2.123
Fridman, M. M. & Elishakoff, I. (2015). Design of bars in tension or compression exposed to a corrosive environment. Ocean Systems Engineering, vol. 5, iss. 1, pp. 21–30. https://doi.org/10.12989/ose.2015.5.1.021
Fridman, M. M. (2016). Optimalnoye proyektirovaniye trubchatykh sterzhnevykh konstruktsiy, podverzhennykh korrozii [Optimal design of tubular bar structures subject to corrosion]. Problemy mashinostroyeniya – Journal of Mechanical Engineering, vol. 19, no. 3, pp. 37–42 (in Russian). https://doi.org/10.15407/pmach2016.03.037
Dolinskii, V. M. (1967). Calculations on loaded tubes exposed to corrosion. Chemical and Petroleum Engineering, vol. 3, iss. 2, pp. 96–97. https://doi.org/10.1007/BF01150056
Gurvich, I. B., Zakharchenko, B. G., & Pochtman, Yu. M. (1979). Randomized algorithm to solve problems of nonlinear programming. Izv. Ac. Sci. USSR. Engineering Cybernetics, no. 5, pp. 15–17 (in Russian).
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 Мark M. Fridman
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.
Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи і передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензійного договору (угоди).
- Автори мають право самостійно укладати додаткові договори (угоди) з неексклюзивного поширення роботи в тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати в складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи в цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установи або на персональних веб-сайтах) рукопису роботи як до подачі цього рукопису в редакцію, так і під час її редакційної обробки, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії і позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
