Предложен метод расчета надежности конструкций теплоэнергетических двигательных установок при случайных нагрузках, длительно воздействующих в процессе эксплуатации. Метод основан на численном статистическом моделировании напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкции со случайными характеристиками конструкционных материалов в процессе эксплуатации и расчете накопления повреждений и долговечности конструкции при случайных стационарных нагружениях. Для расчета накопления повреждений использован «химический критерий» длительной прочности, для численного расчета НДС конструкций с учетом ползучести применен итерационный метод решения трехмерной задачи термомеханики с использованием конечно-элементного метода. В качестве примера применения разработанного метода проведен численный расчет долговечности и надежности двухслойной охлаждаемой конструкции корпуса теплоэнергетической двигательной установки.
прогнозирование долговечности и надежности, накопление повреждений, усталость, ползучесть,численное моделирование, статистическое моделирование, конечно-элементное моделирование, конструкции высокого давления.
1. Введение
Надежность и безопасность эксплуатации уни- кальных теплоэнергетических двигательных установок, к которым относятся ядерные энергетические установки, выступает одним из основных технических требований, предъявляемых к конструкциям данного типа. В отличие от массовых изделий, для которых существует возможность применения прямых статистических методов расчета их надежности, для уникальных изделий необходимы специализированные методы оценки долговечности, надежности и безопасности. Обосновать показатели долговечности уникальных конструкций типа корпусов теплоэнергетических двигательных установок, изготавливаемых в единичном экземпляре, возможно на основе методов математического и численного моделирования [1-11], с использованием экспериментальной информации о вероятностных характеристиках отдельных составных частей установки, конструкционных материалов и их соединений при различных воздействующих нагрузках, температуре и других факторах эксплуатации.
В работе предложен новый метод расчета характеристик надежности уникальных конструкций корпусов теплоэнергетических двигательных установок (ТЭДУ), основанный на комплексе математических мо-
1. Beck A.T., Edison da Rosa. Structural reliability analysis using deterministic finite element Programs // Latin American Journal of Solids and Structures. — 2006. — N 3. — Р. 197–222.
2. Anantha Ramu S., Ganesan R. Stability analysis of a stochastic column subjected to stochastically distributed loadings using the finite element method // Finite Elements in Analysis and Design. — 1992. — N 11 — Р. 105–115.
3. Adhikari S., Manohar C.S. Dynamical analysis of framed structures with statistical uncertainties // International Journal of Numerical Methods in Engineering. — 1999. — V. 44. — Р. 1157–1178.
4. Wang D., Chowdhury M.R., Haldar A. System reliability evaluation considering strength and serviceability requirements // Computers and Structures. — 1997. — V. 62. — N 5. — Р. 883–896.
5. Takada T. Weighted integral method in multidimensional stochastic finite element analysis // Probabilistic Engineering Mechanics. 1990. — V. 5. — N 4. — Р. 158–166.
6. Spanos P.D., Ghanem R. Stochastic finite element expansion for random media // Journal of Engineering Mechanics. — 1989. — V. 115. — N 5. — Р.1035–1053.
7. Mahadevan S., Dey A. Adaptive Monte Carlo simulation for time-variant reliability analysis of brittle structures // AIAA Journal. — 1997. — V. 35. — N 2. — Р. 321–326.
8. Liu W.K., Bestereld G.H., Belytschko T. Variational approach to probabilistic finite elements // Journal of Engineering Mechanics ASCE. — 1988. — V. 114. — N 12. — Р. 2115–2133.
9. Der Kiureghian A., Ke J.B. The stochastic finite element method in structural reliability // Probabilistic Engineering Mechanics. — 1988. — V. 3. — N 2. — Р. 83–91.
10. Chang T.P. Dynamic finite element analysis of a beam on random foundation // Computers and Structures. — 1993. — V. 48. — N 4. — Р. 583–589.
11. Болотин В.В. Применение методов теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. — М.: Стройиздат, 1971.
12. Димитриенко Ю.И. Основы механики твердого тела / Механика сплошной среды.— Т.4. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2013.
13. Димитриенко Ю.И. Нелинейная механика сплошной среды. — М.: Физматлит, 2009.
14. Димитриенко Ю.И. Тензорный анализ // Механика сплошной среды. — Т.1. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011.
15. Димитриенко Ю.И., Дубровина А.Ю., Соколов А.П. Конечно-элементное моделирование усталостных характеристик композиционных материалов // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: Естественные науки. 2011. — № SPEC. — С. 34–49.
16. Малмейстер А.К., Тамуж В.П., Тетерс Г.А. Сопротивление полимерных и композитных материалов. — Рига: Зинатне, 1980.
17. Ильюшин А.А., Победря Б.Е. Основы математической теории термовязкоупругости. — М.: Наука, 1970.
18. Димитриенко Ю.И., Димитриенко И.П. Длительная прочность армированных пластиков // Механика композитных материалов. — 1989. — № 1. — С. 16–22.
19. Димитриенко Ю.И., Димитриенко И.П. Прогнозирование долговечности полимерных элементов конструкций с помощью «химического» критерия длительной прочности // Вопросы оборонной техники. — 2002. — №1/2. — С. 15–21.
20. Димитриенко Ю.И., Димитриенко И.П. Расчет сопротивления усталости композитов на основе «химического» критерия длительной прочности // Вопросы оборонной техники. — 2002. — № 1/2. — С. 21–25.
