Methodology and features of a computational experiment to assess the resource of responsible engineering facilities

封面

如何引用文章

全文:

详细

The problem of obtaining estimates of the strength and resource characteristics of critical engineering infrastructure facilities under operational multiparametric nonstationary thermomechanical impacts is considered. The basic degradation mechanisms in structural materials (metals, alloys) under these influences are identified. The methodology of resource assessment of responsible engineering facilities  based on end-to-end modeling of the entire life cycle of the object is substantiated. End-to-end modeling forms a set of computational experiments of different levels of complexity, each of which has its own characteristic features and semantics. From the perspective of the mechanics of the degraded continuum, a mathematical model of the damaged medium has been developed, in which the processes of thermoplasticity and damage accumulation are generated by thermal fatigue. The model describes the effects of cyclic thermoplastic deformation; kinetics of damage accumulation; conditions of macroscopic destruction of the material. The model postulates the representation of the yield surface and the principle of gradiency of the velocity vector of plastic deformations at the loading point. A variant of the thermoplasticity equations describes the main effects in proportional and disproportionate modes. The thermoplasticity model is constructed as a system of “nested” models and contains the forms of equations of the theory of plastic flow under small deformations: various variants of isotropic hardening (ideally plastic material with a constant flow surface, linear isotropic hardening, variant of isotropic nonlinear hardening), various cases of kinematic hardening (linear kinematic hardening, the case of purely nonlinear kinematic hardening) and the general case of translational isotropic hardening. The kinetics of fatigue damage accumulation is described by introducing a scalar damage parameter and based on the energy principles of taking into account the main effects of the damage accumulation process for arbitrary complex loading modes. The condition of reaching the critical damage value is used as a criterion for macroscopic destruction. The relationship between the components of the model is carried out by introducing effective stresses. The paper presents a numerical analysis of the thermal fatigue life of a compact sample with stress concentrators simulating the operation of parts in the nozzle box of a steam turbine of a nuclear power plant. During the analysis, the characteristic features of thermal fatigue in the details of power equipment were studied. It is shown that the end-to-end modeling technology can be effectively used to assess the resource characteristics of power equipment parts under operational loading conditions.

作者简介

Ivan Volkov

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: pmptmvgavt@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1176-4906
Researcher ID: J-2846-2017
Russia, 603250, Nizhni Novgorod, Prospekt Gagarina, 23

Leonid Igumnov

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: igumnov@mech.unn.ru
ORCID iD: 0000-0003-3035-0119
Scopus 作者 ID: 14121358200
Researcher ID: E-3487-2014
Russia, 603250, Nizhni Novgorod, Prospekt Gagarina, 23

Valentin Kostyukov

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: staff@vniief.ru
Russia, 603250, Nizhni Novgorod, Prospekt Gagarina, 23

Mikhail Prilutsky

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

编辑信件的主要联系方式.
Email: pril@iani.unn.ru
ORCID iD: 0000-0002-7694-3916
Russia, 603250, Nizhni Novgorod, Prospekt Gagarina, 23

参考

  1. Методы обоснования ресурса ядерных энергетических установок / под общ. ред. Ф. М. Митенкова. Москва : Машиностроение, 2007. 445 с. EDN: QMJWTB
  2. Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях: Анализ, предсказание, предотвращение. Москва : Мир, 1984. 624 c.
  3. Волков И. А., Коротких Ю. Г. Уравнения состояния вязкоупругопластических сред с повреждениями. Москва : Физматлит, 2008. 424 с. EDN: RYRTNT
  4. Волков И. А., Игумнов Л. А. Введение в континуальную механику поврежденной среды. Москва : Физматлит, 2017. 304 с.
  5. Корум С. Оценка современной методологии проектирования высокотемпературных элементов конструкций на основе экспериментов по их разрушению // Теоретические основы инженерных расчетов. 1988. № 1. С. 104–118.
  6. Гаенко В. П., Костюков В. Е., Фомченко В. Н. Безопасность технических систем. Методологические аспекты теории, методы анализа и управления безопасностью. Саров : РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2020. 329 с. https://doi.org/10.53403/9785951504524, EDN: OPPFHW
  7. Lemaitre J. Damage modelling for prediction of plastic or creep fatigue failure in structures // 1979–SMiRT 5–Berlin, Germany. Paper no. L5/1b. http://www.lib.ncsu.edu/resolver/1840.20/26896
  8. Murakami S., Imaizumi T. Mechanical description of creep damage state and its experimental verification // Journal de Mecanique Theorique et Appliquee. 1982. № 1. P. 743–761.
  9. Леметр Ж. Континуальная модель повреждения, используемая для расчета разрушения пластичных материалов // Теоретические основы инженерных расчетов. 1985. Т. 107, № 1. С. 90–98.
  10. Chaboche J. L. Constitutive equation for cyclic plasticity and cyclic viscoplasticity // International Journal of Plasticity. 1989. Vol. 5, iss. 3. P. 247–302.
  11. Казаков Д. А., Капустин С. А., Коротких Ю. Г. Моделирование процессов деформирования и разрушения материалов и конструкций. Нижний Новгород : Изд-во ННГУ. 1994. 225 с.
  12. Volkov I. A., Igumnov L. A., Shishulin D. N., Boev E. V. Numerical modeling of the fatigue life of structural steels under single-frequency and dual-frequency loading // Mechanics of Solids. 2022. Vol. 57, iss. 1. P. 86–101. https://doi.org/10.3103/S0025654422010162
  13. Volkov I. A., Igumnov L. A., delly Izola F., Litvinchuk S. Yu., Eremeev V. A. A continual model of a damaged medium used for analyzing fatigue life of polycrystalline structural alloys under thermal-mechanical loading // Continuum Mechanics and Thermodynamics. 2020. Vol. 32, iss. 1. P. 229–245. https://doi.org/10.1007/s00161-019-00795-x, EDN: WOFFAL
  14. Volkov I. A., Igumnov L. A., Shishulin D. N. Modeling plastic deformation and damage accumulation processes in structural steels under block non-symmetric low-cycle loading // Materials Physics and Mechanics. 2019. Vol. 42, iss. 3. P. 359–366. https://doi.org/10.18720/MPM.4232019_11
  15. Прилуцкий М. X., Костюков В. Е. Потоковые модели для предприятий с непрерывным циклом изготовления продукции // Информационные технологии. 2007. № 10. С. 47–51. EDN: IJQBOB
  16. Prilutskii M. Kh., Kostyukov V. E. Optimization models of gas recovery and gas condensate processing // Automation and Remote Control. 2012. Vol. 73, iss. 5. P. 905–909. https://doi.org/10.1134/S0005117912050153
  17. Прилуцкий М. Х., Костюков В. Е. Оптимизационные задачи планирования транспортировки газа // Информационные технологии и вычислительные системы. 2007. № 2. С. 67–73. EDN: KUVAWB
  18. Митенков Ф. М., Волков И. А., Игумнов Л. А., Каплиенко А. В., Коротких Ю. Г., Панов В. А. Прикладная теория пластичности. Москва : Физматлит, 2015. 282 с. EDN: ZBOSEH
  19. Волков И. А., Игумнов Л. А., Коротких Ю. Г. Прикладная теория вязкопластичности. Нижний Новгород : Изд-во ННГУ, 2015. 318 с.
  20. Новожилов В. В., Кадашевич Ю. И., Рыбакина О. Г. Разрыхление и критерий разрушения в условиях ползучести // Доклады Академии наук СССР. 1983. Т. 270, № 4. С. 831–835.
  21. Гаруд. Новый подход к расчету усталости при многоосных нагружениях // Теоретические основы инженерных расчетов. 1981. Т. 103, № 2. С. 41–51.
  22. Боднер С. Р., Линдхолм У. С. Критерий приращения повреждения для зависящего от времени разрушения материалов // Теоретические основы инженерных расчетов. 1976. Т. 100, № 2. С. 51–58.
  23. Нарезько А. В., Пантелей Н. В. Паровые турбины. Тепловые и атомные электрические станции. Минск : БНТУ, 2015. 71 с.
  24. Травин В. В., Зможный А. И., Шевелев Г. А., Денисенко Ю. А. Термоциклическая прочность титанового сплава в деталях энергооборудования // Титан. 2022. № 1 (74). С. 30–39. EDN: GDJTYE

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML


Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名 4.0国际许可协议的许可

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».