Введение 3
1. Постановка задачи 4
2.1 Основные уравнения связанной динамической задачи термоупругости 10
2. 2 Полиэтиленовые трубы и их свойства 16
2.3 Анализ термоупругости с помощью программного обеспечения ANSYS 18
3.1 Результаты 21
3.2. Сравнение результатов деформирования двух идентичных труб в разных
температурных условиях 27
3.3. Зависимость напряжений от изменения физической характеристики модели 31
Заключение 35
Список литературы 36
В последнее время теория термоупругости получила существенное развитие. Это связано с решениями важных проблем, возникающих при разработке новых конструкций паровых и газовых турбин, реактивных и ракетных двигателей, высокоскоростных самолетов и др. Элементы многих разрабатывающихся моделей работают в условиях, при которых изменяются физико-механические свойства материалов и возникают градиенты температуры, которые сопровождаются неодинаковым тепловым расширением частей элементов.
Неравномерное тепловое расширение в общем случае не может происходить свободно в сплошном теле; оно обязательно вызывает температурные напряжения. Знание характера и величины действия температурных напряжений необходимо для всестороннего анализа прочности конструкции.
Сами по себе, как и в сочетании с механическими напряжениями, температурные напряжения от внешних сил могут вызвать появление трещин и разрушение механизмов из материала с повышенной хрупкостью. Некоторые материалы при скором возникновении напряжений становятся хрупкими и не могут более выдерживать тепловой удар. А повторное действие температурных напряжений и вовсе приводит к термоусталостному разрушению элементов конструкции. Действие тепловых напряжений может вызвать значительную пластическую деформацию, которая приведёт к полному или прогрессирующему разрушению конструкции, термовыпучивание тонкостенной конструкции и т. п.
Взаимосвязанное рассмотрение процессов упругого деформирования и теплопроводности возможно только на основе термодинамических соображений. Впервые Томсон применил основные законы термодинамики для изучения свойств упругого тела. С помощью методов классической
термодинамики были получены связанные уравнения термоупругости. Однако в рамках классической термодинамики такой строгий анализ справедлив лишь для изотермического и адиабатического обратимых процессов деформирования. Реальный процесс термоупругого деформирования тела, строго говоря, является неравновесным процессом, необратимость которого обусловливается градиентом температуры. Связь деформации с температурой устанавливается с помощью законов термодинамики.
Теория термодинамики необратимых процессов, которая разработана в последние годы, позволила строже поставить задачу о необратимости процесса деформирования и дать единое объяснение механических и температурных процессов. В связи с этим более четко определилась теория термоупругости, обобщающая классическую теорию упругости и теорию теплопроводности. Она охватывает следующие явления: перенос тепла теплопроводностью в теле при стационарном и нестационарном теплообмене между ним и внешней средой; термоупругие напряжения, вызванные градиентами температуры; динамические эффекты при резко нестационарных процессах нагрева и, в частности, термоупругие колебания тонкостенных конструкций при тепловом ударе; термомеханические эффекты, обусловленные взаимодействием полей деформации и температуры.
В работе был произведён анализ результатов задачи термоупругости с помощью программного обеспечения ANSYS.
Смоделированы и получены распределения температур в модели, а так же сопутствующие напряжения и возможность возникающих пластических деформаций. Было произведено сравнение результатов деформирования двух идентичных труб в разных температурных условиях. Так же показана зависимость максимальных напряжений от изменения физической характеристики модели, а именно длины пролёта трубы.
