Комплексний підхід при оптимізації пластин в плоскому напруженому стані, що експлуатуються в умовах високої температури

Анотація

Багато відповідальних елементів будівельних і машинобудівних конструкцій під час своєї експлуатації перебувають в складних умовах роботи (висока температура, агресивне середовище і т.д.). У цьому випадку вони можуть бути схильними до подвійного ефекту: корозії і пошкодження матеріалу. Корозія призводить до зменшення перерізу конструкції, внаслідок чого 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 даній статті продовжено дослідження в області оптимального проектування конструкцій, схильних до подвійного ефекту: корозії і пошкодження матеріалу на прикладі оптимізації пластин з отворами, що знаходяться в плоскому напруженому стані і зазнають високої температури (в попередніх роботах використання такого підходу було продемонстровано при оптимізації згинальних елементів прямокутного і двотаврового перерізів). Як рівняння корозії використовується модифікована модель Долинського, що враховує вплив (додатковий) захисних властивостей антикорозійного покриття на кінетику корозії. Як кінетичне рівняння, що описує зміну пошкодження матеріалу, приймається модель Ю. М. Работнова і визначається тривалість інкубаційного періоду початку відчутного процесу пошкодження матеріалу. Для дослідження напруженого стану пластини використовується метод скінченних елементів. При заданому контурі пластини знаходиться оптимальний розподіл товщини скінченних елементів, на які розбивається дана пластина. Як обмеження задачі оптимізації виступає параметр пошкодження матеріалу пластини. Запропонований в роботі підхід може бути використаний при розв’язанні аналогічних задач оптимального проектування конструкцій, що працюють в умовах корозії і пошкодження матеріалу, з використанням як аналітичних розв’язків, так і числових методів.