Нестационарного нагружения

При этом если определяются показатели типа нестационарного коэффициента готовности, то строится граф переходов со всеми возможными переходами из одного состояния в другое. Если же отыскивается вероятность безотказной работы в течение некоторого .интервала времени или средняя наработка до отказа, то необходимо все состояния отказа сделать поглощающими, т.е. обратить соответствующие интенсивности переходов из этих состояний в нуль.

Для нахождения вероятности безотказной работы, нестационарного коэффициента готовности и средней наработки до отказа систему уравнений (4.36) приходится решать с использованием преобразований Лапласа. В этом случае удобно воспользоваться графом переходов, в который введено фиктивное состояние, входами в которое являются дуги с "весами", равными аргументу преобразования Лапласа, а выходами из которого являются вероятности начальных состояний системы (начальные условия). Подобного вида граф представлен на рис. 4.4.

В дальнейшем для полной математической модели будем обозначать р0 (0 через K(t), Поскольку эта вероятность имеет смысл нестационарного коэффициента готовности.

Заметим, что вместо нестационарного коэффициента готовности был определен нестационарный коэффициент простоя, т.е. вероятность нахождения в состоянии отказа. Поэтому K(t) = l-p2(t), где Р2 (t) - уже найденное выражение.

К(Х — отношение нестационарного коэффициента теплоотдачи к его квазистационарному значению; К]; — отношение нестационарного коэффициента гидравлического сопротивления к его квазистационарному значению; L — пространственный интегральный масштаб турбулентности; / — длина пучка; путь смешения; т — пористость пучка по теплоносителю; т =

где Kai , К at , К аз ~ отношения нестационарного коэффициента теплоотдачи к квазистационарному, обусловленные соответственно наложением нестационарной теплопроводности на стационарный конвективный теплообмен, изменением турбулентной структуры потока при увеличении или уменьшении Тс, ускорением или замедлением потока; AA'ai , AKai, Д^аз ~~ соответствующие изменения Ка. Соотношение (Ргп/Ргс), как было показано в [24] , на Ка не влияет.

Определенный таким образом нестационарный коэффи-' циент Кн имеет весьма сложную зависимость от времени (рис. 5.4), которая хорошо описывает все полученные опытные данные для различных чисел Re. Коэффициент &н быстрее выходит на квазистационарное значение Ккс, чем температуры стенки и теплоносителя (см. рис. 5.4). Характер изменения Кн в начальные моменты времени качественно совпадает с характером изменения нестационарного коэффициента теплоотдачи в круглых трубах [24, 26] для такого же типа нестационарности, который также быстрее выходит на квазистационарное значение, чем температуры стенки и теплоносителя. Это позволяет предположить, что на нестационарное перемешивание в

Коэффициент Кн характеризует изменение полей температуры теплоносителя в ядре потока в масштабе диаметра пучка витых труб при решении задачи нестационарного теплообмена в гомогенизированной постановке для неравномерного поля тепловыделения по радиусу пучка, и для обобщения нестационарного коэффициента Кя может быть использован критерий Фурье (тепловой гомохронности) , характеризующий связь между скоростью изменения поля температур теплоносителя, его физическими свойствами ..и размерами рассматриваемой области течения

Рис. 5.7. Обобщающая зависимость относительного нестационарного коэффициента турбулентной диффузии от критерия Фурье:

нестационарного коэффициента теплоотдачи от своего квазистационарного значения существенно меньше, чем погрешность его определения. Поэтому при решении систем уравнений (5.1) ... (5.5) использовались квазистационарные значения коэффициента теплоотдачи, а опытные данные по нестационарному коэффициенту перемешивания обобщаются в виде (5.55). Эта зависимость сравнивается с опытными данными (см. рис. 5.8). Видно, что при А"^ = 1,5 • 10~4 ... 2 • 10" 4 наблюдается существенное отклонение опытных данных от зависимости (5.55), причем расслоение опытных точек по числам Кед имеет случайный характер, что свидетельствует об отсутствии его влияния на коэффициент к — Кк/ Кке. Возможно, такая картина связана с тем, что для получения зависимостей типа (5.53), (5.54) требуется большой объем экспериментальных данных. С другой стороны, зависимости типа (5.42) хорошо описывают результаты опытов (рис. 5.7). Поэтому зависимости типа (5.42) будут в дальнейшем использоваться при обобщении опытных данных в этом разделе. Выполненные исследования позволили определить коэффициент А'н, необходимый для замыкания системы уравнений (5.17) ... (5.21), и установить ряд новых закономерностей. Так, обнаруженная при резком увеличении мощности тепловыделения и постоянном расходе теплоносителя дополнительная интенсификация процесса выравнивания неравномерности поля температуры теплоносителя, сформированной неравномерным полем тепловыделения, благоприятно сказывается на работоспособности пучков витых труб. Наблюдаемое снижение интенсивности процессов переноса при рез ком уменьшении мощности тепловыделения необходимо учитывать при рассмотрении переходных режимов и останове теплообмен-ного аппарата, поскольку в этом случае возможны локальные перегревы стенки труб. '

Рис, 5,12, Изменение относительного безразмерного нестационарного коэффициента перемешивания во времени:

Режим нестационарного нагружения характеризуют следующие параметры:

Для аппаратов, в которых производится переработка горячих сероводородных и окислительных серосодержащих сред, а также работающих в среде водорода и растворов хлоридов, основными характеристиками, определяющими работоспособность аппарата, становятся физико-химические свойства рабочей среды и металла, степень защищенности аппарата от коррозии, особенно контактирующей с агрессивной средой. Основным видом разрушения таких аппаратов является внутренняя коррозия. В условиях воздействия серо-водородсодержащих продуктов имеют место практически все основные виды разрушений локализованной (язвенное, точечное и коррозионное растрескивание) и общей (равномерная и неравномерная) коррозии. Явление повышения коррозионного повреждения металла под действием механических напряжений принято называть механохимическим эффектом (МХЭ). Как будет показано далее в следующем разделе, наиболее сильно МХЭ проявляется в режиме нестационарного нагружения аппарата, которое реализуется в локальных областях перенапряженного металла при повторно-статических нагрузках.

Во всех случаях нестационарного нагружения возникающие новые способы диссипации энергии материалом характеризуют его способность сопротивляться внешнему воздействию при более сложных условиях. Реализация того или иного механизма разрушения при нестационарном нагруже-нии отражает приспособленность открытой системы к условиям нагружения. Способ приспособления представляет собой один из присущих системе механизмов эволюции, который является наиболее энергоемким в предлагаемых ей условиях нестационарного воздействия.

В общем виде на переходных режимах нестационарного нагружения эффект взаимодействия нагрузок может быть охарактеризован таким соотношением между зонами пластической деформации до и после перехода в реализуемом нагруже-нии, как

Целью многих исследований являлось изыскание способов выражения зависимости долговечности от параметров нестационарного нагружения. Известны попытки модернизации уравнения типа (3.1) путем введения в него параметров нагружения. В [105] заменой действующего напряжения на суммарную де-

Выбор метода схематизации зависит от характера исследуемого процесса эксплуатационной нагруженности. Не останавливаясь на процессах Периодического типа, для которых принципы схематизации и моделирования при испытаниях в значительной степени определены, рассмотрим режимы со случайным чередованием нагрузок. На рис. 17 представлены три наиболее контрастных с точки зрения специфики программирования типа нестационарного нагружения (сплошным линиям соответствует изменение нагрузок, штрих-лунктирной— средний для всей

Первый тип нестационарного нагружения (рис. 17, а) характеризуется постоянством или малой изменчивостью средних

Выбор метода схематизации процессов второго типа зависит. от того, какое влияние оказывает изменение средних нагрузок циклов на сопротивление усталости и насколько важно отразить Б составе схематизированного процесса эти особенности нестационарного нагружения. Однопараметрические методы схематизации не, учитывают изменения средних напряжений циклов. Схематизация по двум параметрам позволяет учесть эти изменения в виде переменной асимметрии циклов. Покомпонентный метод схематизации отражает как цикличность изменения, так и сложность состава средних нагрузрк циклов.

Следует иметь в виду, что рассмотренный вариант симметричного нестационарного нагружения не является единственным. В гл. II показано, что многие конструкции имеют более сложную структуру эксплуатационной нагруженности. В этих случаях чередование экстремальных значений нагрузок также подчиняется вероятностным Закономерностям, однако в схематизированном виде процесс 'нагружения с достаточной степенью точности может быть представлен как регулярный процесс с постоянной или варьируемой асимметрией цикла или бигармони-ческий процесс с различными соотношениями параметров частотных составляющих или с их варьированием.

Указанные режимы нестационарного нагружения определяют характер термомеханического нагружения материала в опасных зонах детали, при котором реализуются нестационарные условия циклического упругопластического деформирования в сочетании с нестационарным изменением температуры. В большинстве случаев в силу специфики возбуждения малоцикловых нагрузок, а также процессов циклического упрочнения и разупрочнения режиму циклического термомеханического нагружения материала свойственна внутренняя нестационарность даже в условиях регулярного внешнего воздействия температур и нагрузок.

С точки зрения установления закономерностей формирования предельного состояния в условиях действия циклической механической нагрузки с кратковременными перегрузками важным является случайный режим нестационарного нагружения либо по нагрузке, либо по деформациям (см. рис. 1.16, д тле), определяющий различные условия циклического деформирования (мягкого и жесткого режимов).