Methodology and features of a computational experiment to assess the resource of responsible engineering facilities
- 作者: Volkov I.A.1, Igumnov L.A.1, Kostyukov V.E.1, Prilutsky M.K.1
-
隶属关系:
- National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod
- 期: 卷 24, 编号 1 (2024)
- 页面: 35-48
- 栏目: Mechanics
- URL: https://journals.rcsi.science/1816-9791/article/view/353472
- DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9791-2024-24-1-35-48
- EDN: https://elibrary.ru/AVPFBT
- ID: 353472
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
- Методы обоснования ресурса ядерных энергетических установок / под общ. ред. Ф. М. Митенкова. Москва : Машиностроение, 2007. 445 с. EDN: QMJWTB
- Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях: Анализ, предсказание, предотвращение. Москва : Мир, 1984. 624 c.
- Волков И. А., Коротких Ю. Г. Уравнения состояния вязкоупругопластических сред с повреждениями. Москва : Физматлит, 2008. 424 с. EDN: RYRTNT
- Волков И. А., Игумнов Л. А. Введение в континуальную механику поврежденной среды. Москва : Физматлит, 2017. 304 с.
- Корум С. Оценка современной методологии проектирования высокотемпературных элементов конструкций на основе экспериментов по их разрушению // Теоретические основы инженерных расчетов. 1988. № 1. С. 104–118.
- 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
- 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
- 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.
- Леметр Ж. Континуальная модель повреждения, используемая для расчета разрушения пластичных материалов // Теоретические основы инженерных расчетов. 1985. Т. 107, № 1. С. 90–98.
- Chaboche J. L. Constitutive equation for cyclic plasticity and cyclic viscoplasticity // International Journal of Plasticity. 1989. Vol. 5, iss. 3. P. 247–302.
- 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.
- 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
- 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
- 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
- Прилуцкий М. X., Костюков В. Е. Потоковые модели для предприятий с непрерывным циклом изготовления продукции // Информационные технологии. 2007. № 10. С. 47–51. EDN: IJQBOB
- 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
- Прилуцкий М. Х., Костюков В. Е. Оптимизационные задачи планирования транспортировки газа // Информационные технологии и вычислительные системы. 2007. № 2. С. 67–73. EDN: KUVAWB
- 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
- Волков И. А., Игумнов Л. А., Коротких Ю. Г. Прикладная теория вязкопластичности. Нижний Новгород : Изд-во ННГУ, 2015. 318 с.
- 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.
- Гаруд. Новый подход к расчету усталости при многоосных нагружениях // Теоретические основы инженерных расчетов. 1981. Т. 103, № 2. С. 41–51.
- 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.
- Нарезько А. В., Пантелей Н. В. Паровые турбины. Тепловые и атомные электрические станции. Минск : БНТУ, 2015. 71 с.
- 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


