ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ  ОСНОВЫ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ

 

Параметрический метод решения задачи о неизотермическом течении многомодальной жидкости ГИЕЗЕКУСА в круглой трубе

А.И. Кадыйров*, Е.К. Вачагина*, Э.М. Хуснутдинова**

aidarik@rambler.ru, vachaginae@mail.ru, rr-088@mail.ru

*Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН

**ФГАОУ ВО Казанский (Приволжский) федеральный университет

Ключевые слова: вязкоупругая жидкость, модель Гиезекуса, метод Фурье, задача Штурма-Лиувилля, параметрический метод решения, двумодальная жидкость

Аннотация

Разработан параметрический метод решения задачи о неизотермическом течении многомодальной жидкости Гиезекуса в круглой трубе. Рассмотрены тепловые граничные условия первого рода. Решение задачи включает параметрическое представление зависимостей градиента скорости сдвига, осевой составляющей вектора скорости, касательных и нормальных напряжений, температурных полей от геометрической переменной. Реализация разработанного метода рассмотрена на примере неизотермического течения водного раствора Sterocoll FD с 0,5 долей Sterocoll D в круглой трубе. Дана оценка вклада первой и второй моды в тензор напряжений. Выполнен анализ распределения локальной и нормализованной температур по длине трубы.

 

A.I. Kadyirov*, E.K. Vachagina*, E.M. Khusnutdinova**

PARAMETRIC METHOD FOR SOLVING THE PROBLEM ON NON-ISOTHERMAL flow IN PIPE using MULTI-MODE Giesekus model // Transactions of Academenergo. -2018. –N 4.-P.P. 7-16.

e-mail: aidarik@rambler.ru, vachaginae@mail.ru, rr-088@mail.ru

*Institute of Power Engineering and Advanced Technologies, FRC Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences

**Kazan Federal University

Keywords: viscoelastic fluid, Giesekus model, Fourier method, Sturm-Liouville problem, parametric method, multi-mode fluid

Abstract

A parametric method is developed for solving the problem of non-isothermal flow in a pipe using multi-mode Giesekus fluid. The first kind of thermal boundary condition is considered. The solution of the problem includes a parametric representation of the dependences of the gradient of shear rate, the axial component of the velocity vector, tangential and normal stresses, temperature fields on a geometric variable. The implementation of the developed method is shown on the example of a non-isothermal flow of an aqueous solution of Sterocoll FD with 0.5 fractions of Sterocoll D in a round pipe. The contribution of the first and second modes to the stress tensor is estimated. The analysis of the distribution of local and normalized temperatures along the length of the pipe is discussed.

 

ТЕПЛОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ КАНАЛОВ С ИНТЕНСИФИКАТОРАМИ ДЛЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СМЕСЕЙ

Т.М. Фарахов*, Е.П. Афанасьев**, А.Г. Лаптев***

farahof@gmail.com*, AfanasevEP@mail.ru**, tvt_kgeu@mail.ru***

*ИВЦ «Инжехим»

**ООО «Газпром переработка»

***ФГБОУ ВО «Казанский государственный энергетический университет»

Ключевые слова: интенсифицированный теплообмен, хаотичные насадки, структура потока, перемешивание среды, жидкие углеводороды. 

Аннотация

Рассмотрены способы повышения эффективности при нагревании или охлаждении вязких углеводородных смесей в каналах, которые обеспечивают переход от ламинарного режима к турбулентному. Для расчета конструктивных и режимных характеристик каналов с интенсификаторами представлена математическая модель, основанная моделях структуры потоков и тепловых числах единиц переноса. Получено выражение для расчета требуемой поверхности теплопередачи при заданной тепловой эффективности процесса. Даны сравнительные характеристики каналов с различными способами интенсификации теплообмена с вязкими углеводородными смесями.

 

T.M. Farakhov, E.P. Afanasiev, A.G. Laptev

THE THERMAL EFFICIENCY OF THE CHANNELS WITH INTENSIFIERS FOR HYDROCARBON MIXTURES // Transactions of Academenergo. -2018. –N 4.-P.P. 17-27.

e-mail: tvt_kgeu@mail.ru

Engineering-Promotional Center «Inzhekhim», «Kazan State Power Engineering University», «Surgut Condensate Stabilization Plant»

Keywords: intensified heat transfer, chaotic nozzles, flow structure, mixing the medium, liquid hydrocarbon

Abstract

Methods for increasing efficiency at heating or cooling viscous hydrocarbon mixtures in channels that provide a transition from a laminar to a turbulent regime are considered. For calculating the design and operating characteristics of channels with intensifiers, a mathematical model is presented, which is based on models of the flow structure and the thermal numbers of transfer units. An expression is obtained for calculating the required heat transfer surface area for a given thermal efficiency of the process. Comparative characteristics of channels with various methods of intensification of heat transfer for viscous hydrocarbon mixtures are given.

 

ПРОМЫШЛЕННАЯ  ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ С РЕВЕРСИВНЫМ ЗОНДОВЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ВЛАЖНОГО ПАРА

А.В. Коваленко*, С.Л. Малышев**

aleks_dr11@rambler.ru, pamir.61@mail.ru

*ОАО «РосНИПИтермнефть»

**ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии»

Ключевые слова: влажный пар, степень сухости, расход, фаза.

Аннотация

Рассмотрены результаты испытаний опытных образцов измерительной системы расхода влажного пара, разработанной Электрогорским научно-исследовательским центром (ЭНИЦ), проведённых на стендах ЭНИЦ и в условиях эксплуатации на Балаковской АЭС. Приводится обоснование того, что известная измерительная система определяет лишь промежуточные параметры расхода: скорость и плотность паровой фазы контролируемого потока. Для определения массового расхода влажного пара в паропроводах парогенераторов энергетического реактора предложено дополнить информационный базис измерительной системы текущим значением параметра степени сухости.

 

A.V. Kovalenko, S. L. Malyshev

ANALYSIS OF THE RESULTS OF USING THE MEASURING SYSTEM WITH A REVERSIBLE PROBE TO DETERMINE THE FLOW RATE OF WET STEAM // Transactions of Academenergo. -2018. –N 4.-P.P. 28-40.

e-mail: aleks_dr11@rambler.ru, pamir.61@mail.ru

FGUP «VNIIR», JSC»RosNIPItermneft«

Key words: wet steam, the degree of dryness, flow rate, phase.

Abstract

The results of tests of prototypes of measurement system flow wet steam developed by the Elektrogorsk research center (EREC), held at the stands EREC and in operation at Balakovo NPP. The rationale that is known to the measuring system detects only an intermediate flow parameters: the speed and density of the vapor phase of the controlled flow. To determine the mass flow of wet steam in the steam lines of steam generators of power reactors it is proposed to expand the informational basis of the measuring system the current setting of the degree of dryness.

 

CFD-МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ГАЗОВОГО ПОТОКА В ПОРИСТОМ СЛОЕ КАТАЛИЗАТОРА ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО РЕГЕНЕРАТОРА

Д.И. Пащенко, Р.М. Мустафин

pte@samgtu.ru

Самарский государственный технический университет

Ключевые слова: аэродинамическое сопротивление, вычислительная гидродинамика, катализатор, конверсия метана, термохимическая регенерация теплоты.

Аннотация

Одной из задач в инженерных расчетах систем термохимической регенерации теплоты является определение аэродинамического сопротивления слоя катализатора в термохимическом регенераторе. Исследование динамики потока осуществлено экспериментально и численно. Вычислительный эксперимент выполнен в программном продукте ANSYS Fluent. Осуществлено научное обоснование и верификация заложенных в ANSYS Fluent физико-математических подходов для задачи моделирования динамики газового потока в пористых средах. Определены потери давления в слое катализатора для различных скоростей потока на входе в регенератор. Полученные результаты верифицированы с экспериментальными данными. Для полученных результатов наблюдается характерная квадратичная зависимость потерь давления от скорости p=f(w2). На основании данных CFD-моделирования установлено, что коэффициент местных потерь (ξ) слоя катализатора зависит от скорости газового потока, протекающего через слой. С уменьшением скорости потока увеличивается значение коэффициента местных потерь. Так, если для скорости 1м/с коэффициент ξ=140, то для скорости 0,2м/с коэффициент ξ=168. Разработанная модель позволяет производить вычислительные эксперименты для каталитических слоев, заполненных гранулами различной формы и пористости. Полученные результаты могут быть использованы в инженерных расчетах способа повышения энергетической эффективности теплотехнологических и теплоэнергетических установок, который основан на термохимической трансформации тепловой энергии дымовых газов в химическую энергию нового синтетического топлива, а также в расчетах химических реакторов паровой конверсии метана. Кроме того, полученные результаты могут быть использованы для расчета печей конверсии метана, в которых используются пористые катализаторы на основе оксида никеля.

 

D.I. Pashchenko, R.M. Mustafin

CFD-MODELING OF THE FLUID DYNAMICS IN THE POROUS CATALYST BED OF THE THERMOCHEMICAL REGENERATOR // Transactions of Academenergo. -2018. –N 4.-P.P. 41-51.

e-mail: pte@samgtu.ru

Samara State Technical University

Keywords: aerodynamic resistance, computational fluid dynamics, catalyst, methane conversion, thermochemical regeneration of heat.

Abstract

One of the tasks in the engineering calculations of thermochemical heat recovery systems is to determine the aerodynamic resistance of the catalyst bed in a thermochemical regenerator. Using the principles of CFD modeling, a computer model for the fluid dynamics in a fixed catalyst bed has been developed. The numerical experiment was performed via the software product ANSYS Fluent. Pressure losses in the catalyst bed for different inlet flow rates have been determined. The numerical results are verified with experimental data. For the results, a characteristic quadratic dependence of the pressure loss on the velocity Δp = f (w2) is observed. Based on the CFD simulation data, it is established that the local loss coefficient (ξ) of the catalyst bed depends on the velocity of the gas stream passing through the bed. As the flow rate decreases, the value of the local loss coefficient increases. Therefore, if the coefficient ξ = 140 for a velocity of 1 m/s, then the coefficient ξ = 168 for a velocity of 0.2 m/s. The developed model allows performing computational experiments for catalytic layers filled with granules of various shapes and porosity. The obtained results can be used in engineering calculations of the method for increasing the energy efficiency of heat and heat power plants, which is based on the thermochemical transformation of the thermal energy of flue gases into the chemical energy of the new synthetic fuel, as well as in the calculations of chemical reactors for methane vapor conversion. In addition, the results obtained can be used to calculate methane conversion furnaces using porous nickel oxide catalysts.

 

 ТЕПЛОВЫЕ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ  СТАНЦИИ

 

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОДОРОДНОГО КОМПЛЕКСА С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНОЙ ПРИ КОМБИНИРОВАНИИ С АЭС  

А.Н. Байрамов*, Д.Ю. Серов**

oepran@inbox.ru, serov.saratov.russia@yandex.ru

*ФГБУН Саратовский научный центр РАН

**Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

Ключевые слова: атомная электростанция, водородный энергетический комплекс, паро-водородный перегрев, дополнительная паровая турбина, себестоимость пиковой электроэнергии

Аннотация

Целью статьи является оценка конкурентной эффективности АЭС в комбинировании с водородным комплексом по сравнению с ГТУ в условиях покрытия пиковых электрических нагрузок в энергосистеме. Приводится принципиальная схема комбинирования АЭС с водородным комплексом на примере реактора ВВЭР-1000 с турбиной К-1000-60/1500. Обосновывается актуальность использования постоянно действующей дополнительной паровой турбины в составе водородного комплекса, работающей на вытесненном за счет водорода греющем паре, предназначенного для промперегрева. При этом дополнительная турбина используется в пиковые часы электрических нагрузок с поддержанием режима горячего вращающегося резерва в ночное время. Критерием сравнения является себестоимость пиковой электроэнергии. Учтены прогнозы цен на газовое и ядерное топливо до 2035г. Приводится методика оценки эффективности комбинирования АЭС с водородным комплексом с использованием дополнительной паровой турбины. В результате показано, что использование ГТУ связано с разгрузкой АЭС и это приводит к существенному возрастанию затрат ГТУ, что не эффективно.

 

А.N. Bairamov*, D.Yu. Serov**

EVALUATION OF THE EFFICIENCY OF HYDROGEN FACILITY WITH AN ADDITIONAL STEAM TURBINE IN COMBINING WITH NPP // Transactions of Academenergo. -2018. –N 4.-P.P. 52-61.

e-mail: oepran@inbox.ru, serov.saratov.russia@yandex.ru

*Federal State Budget Institution of Science Saratov Scientific Center of RAS

**FSBEI of Higher Education «Saratov State Technical University named Gagarin Yu.A.»

Keywords: atomic power station, hydrogen facility, steam-hydrogen overheat, additional steam turbine, cost of peak electricity

Abstract

The goal of the article is to evaluation of the competitive efficiency of nuclear power plants in combination with a hydrogen facility in comparison with gas turbines under conditions of covering peak electrical loads in the power system. A scheme of the combination nuclear power plant with a hydrogen facility is given for example of the PWR-1000 reactor with a turbine K-1000-60/1500. The actuality of the use of a constantly operating additional steam turbine as part of a hydrogen facility operating on a steam which extruded from main cycle by hydrogen. Herewith an additional turbine is used in period peak hours of electrical loads while maintaining the regime of a hot rotating reserve at night. The cost of peak electricity is comparison criterion. The prices for gas and nuclear fuel is forecast up to 2035 year and take into account. The methodology of estimation efficiency of combining of the atomic power plant with a hydrogen facility is given with use of additional steam turbine. As a result, it is shown that the use of gas turbines is associated with the unloading of nuclear power plants and this leads to a significant increase in costs of gas turbines, which is not effective.

 

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, НАПРАВЛЕННЫХ НА ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ПРОДЛЕНИЕ РЕСУРСА ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ И ТЕПЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

И.А. Закирова, Н.Д. Чичирова, С.М. Маргулис

iazakirova@mail.ru, ndchichirova@mail.ru

Казанский государственный энергетический университет 

Ключевые слова: системы теплоснабжения, тепловые сети, тепловые потери, теплоизоляция, тонкопленочные покрытия, энергосбережение 

Аннотация

Рассмотрены вопросы энергосбережения в системах централизованного теплоснабжения. В процессе эксплуатации тепловая изоляции, состоящая из минеральной ваты, используемой в качестве основного изоляционного слоя, и стеклопластика, в качестве покровного, деформируется и разрушается. Это влечет к повышению тепловых потерь через теплоизоляционную конструкцию при передаче тепловой энергии. В данной работе рассматривается применение тонкопленочного покрытия (ТПП) в конструкции существующей традиционной теплоизоляции тепловых сетей с целью повышения ее эффективности и снижения потерь тепловой энергии. Представлены результаты экспериментальных исследований по оценке эффективности применения ТПП на поверхности традиционной теплоизоляционной конструкции трубопроводов тепловых сетей с целью снижения потерь тепла. Также представлены результаты численного исследования тепловых процессов в толще тепловой изоляции. Ввиду того, что рассмотренный вид тепловой изоляции воздухопроницаем, а величина проницаемости зависит от состояния основного и покровного слоев, представлены результаты численного исследования влияние конвекции на теплообмен в пористой изоляции трубопроводов тепловых сетей с проницаемой оболочкой. Для анализа влияния ТПП на тепловые процессы и показатели эффективности рассмотрено два способа прокладки тепловых сетей — в помещениях и на открытом воздухе. Показан практический пример применения ТПП в конструкции существующей тепловой изоляции системы теплоснабжения Осиновского СП Зеленодольского района РТ.

 

I.A.Zakirova, N.D.Chichirova, S.M. Margulis

DEVELOPMENT OF CALCULATION METHODS AND RESULTS OF EXPERIMENTAL RESEARCHES TO IMPROVE EFFICIENCY AND RESOURCE OF HEAT INSULATION OF PIPELINES AND HEAT EQUIPMENT ENERGY SYSTEMS // Transactions of Academenergo. -2018. –N 4.-P.P. 62-73.

e-mail: ilmira-07@mail.ru, ndchichirova@mail.ru

Kazan State Power Engineering University

Keywords: heat supply systems, heat networks, heat losses, heat insulation, thin-film coatings, energy saving

Abstract

The issues of energy saving in heating supply systems are considered. Composite thermal insulation consists of mineral wool and thin cover of fiberglass that tends to have been deforming and destroying during its exploitation time. This leads to a heat loss through the composite thermal insulation while thermal energy transferring. This paper considers the use of thin-film coating (TFC) in the design of the existing typical thermal insulation of pipe heating systems to increase its efficiency and reduce thermal energy losses. The results of experimental studies of effectiveness of TFC use on the surface of the existing typical thermal insulation of pipelines of heating network with the aim of reducing heat loss are presented. The results of a numerical study of thermal processes in the layer of thermal insulation are also presented. Due to the fact that the considered type of thermal insulation is air permeable, and the value of permeability depends on the state of the filler and coating layers, the results of a numerical study of the effect of convection on heat transfer in a porous permeable insulation of pipelines of heating networks are presented. To analyze the influence of TFC on thermal process parameters, indoor and outdoor heating networks were considered. A practical example of the use of TFC in the design of the existing thermal insulation of heating supply system in Osinovsky in the Zelenodolsk District of the Republic of Tatarstan is shown.

 

 ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЕ

 

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЗАРОЖДЕНИЯ И РАЗВИТИЯ ТРЕЩИНЫ ПОЛЗУЧЕСТИ В ДИСКЕ КОМПРЕССОРА

А.В. Туманов

tymanoff@rambler.ru

Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН

Ключевые слова: накопление повреждений, поврежденность, коэффициент интенсивности напряжений при ползучести, скорость роста трещины при ползучести

Аннотация

Произведен расчет инициализации дефекта в диске компрессора в условиях чистой ползучести. Суммарная долговечность определялась как сумма времени инициализации дефекта и времени непосредственного роста трещины. В данной работе в основу расчета времени перехода от накопления микродефектов к непосредственному развитию макротрещины положена концепция поврежденности материала. Объектом исследования в данной работе является диск компрессора, выполненный из титанового сплава ВТ3-1. Уравнение описывающие скорость накопления повреждений были интегрированы в программный комплекс ANSYS. На основе численных расчетов было определено место и время инициализации дефекта. На основе концепций плотности энергии деформации и коэффициента интенсивности при ползучести было произведено прогнозирование роста трещины. На завершающем этапе анализа определена суммарная долговечность учитывающая как время зарождения дефекта, так и время роста трещины. Показано, что время инициализации дефекта вносит больший вклад в общую долговечность по сравнению со временем непосредственного роста трещины.

 

A.V. Tumanov

DAMAGE NUCLEATION AND CREEP CRACK GROWTH PREDICTION IN THE COMPRESSOR DISK // Transactions of Academenergo. -2018. –N 4.-P.P. 74-88.

e-mail: tymanoff@rambler.ru

Kazan Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences

Keywords: damage nucleation, creep stress intensity factor, creep crack growth, lifetime prediction

Annotation

In this study total durability of the compressor disk is calculated. Total durability contains two stages. First is the damage nucleation time and second is the creep crack growth. Damage accumulation rate law was implemented in ANSYS. On the basis of numerical calculations, the place and time of initialization of the defect was determined. On the basis of both strain energy density and creep stress intensity factor the creep crack growth prediction method was proposed. At the final stage of the analysis, the total durability was determined. Total durability take into account both the time of the nucleation and the time of crack growth. It is shown that the time of crack initialization makes a greater contribution to the overall durability compared to crack growth time.

 

РАЗРАБОТКА И ЧИСЛЕННОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ЗАМКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ ДИСКА КОМПРЕССОРА ГТД

Р.Р. Яруллин, И.С. Иштыряков

yarullin_r@mail.ru, ivan_200999@mail.ru

Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН

Ключевые слова: газотурбинный двигатель, диск компрессора, титановый сплав ВТ3-1, имитационная модель, напряженно-деформированное состояние

Аннотация

Проведена разработка и численное обоснование имитационной модели замкового соединения диска компрессора газотурбинного двигателя (ГТД), предназначенной для выполнения натурных испытаний на серво-гидравлическом стенде. Оснастка стенда и имитационная модель спроектированы таким образом, чтобы обеспечить воспроизведение основных силовых факторов эксплуатационного нагружения при испытаниях. Предложенная имитационная модель позволяет определить характеристики долговечности замкового соединения диска компрессора на стадиях образования и развития трещин в условиях повышенных температур и переменного характера нагружения, связанного с изменением параметров двигателя в процессе типового полета.

 

R.R. Yarullin, I.S. Ishtyriakov

DEVELOPMENT AND NUMERICAL VERIFICATION OF THE AIRCRAFT GTE COMPRESSOR’S DISK IMITATION MODEL // Transactions of Academenergo. -2018. –N 4.-P.P. 89-99.

e-mail: yarullin_r@mail.ru, ivan_200999@mail.ru

Institute of Power Engineering and Advanced Technologies FRC Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences

Key words: gas turbine engine, compressor disk, titanium alloy, imitation model, stress-strain state

Abstract

The paper is concerned with numerical verification of imitation model of GTE compressor disk. The comparisons of stress-strain state at critical zones of compressor disk and imitation model are presented. Experimental fixtures are designed to reproduce operation loading conditions in compressor disk during the tests on a servo-hydraulic test system. It is demonstrated that proposed imitation modeling principles allows estimating residual life of compressor disk with take into account crack initiation and growth at critical zones.

 

НелинейныЕ параметрЫ сопротивления разрушению ДЛЯ образцОВ при смешанных формах деформирования

А.П. Захаров*, А.М. Тартыгашева**

alex.zakharov88@mail.ru, tartigashevaa@mail.ru

*Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН

**ФГБОУ ВО «Казанский государственный архитектурно-строительный университет»

Ключевые слова: смешанные формы деформирования, пластический коэффициент интенсивности напряжений, J-интеграл, трехосность напряжений.

Аннотация

Работа посвящена численному анализу комплекса нелинейных параметров сопротивления разрушению в полном диапазоне смешанных форм деформирования в экспериментальных образцах различных типов. Рассмотрены три типа образцов при различных комбинациях угла наклона трещины и двухосности нагружения с вариацией упруго-пластических свойств материала. В качестве исследуемых параметров выступали нелинейные характеристики сопротивления деформированию и разрушению в форме локального параметра трехосности напряжений, J-интеграла и пластического коэффициента напряжений. Установлено влияние геометрических параметров образцов, пластических свойств материала, а также условий смешанных форм нагружения на поведение рассматриваемых параметров.

 

A.P. Zakharov*, A.A. Tartygasheva**

The nonlinear fracture resistance parameters in various types of specimens under mixed mode loading // Transactions of Academenergo. -2018. –N 4.-P.P. 100-114.

e-mail: alex.zakharov88@mail.ru, tartigashevaa@mail.ru

*Institute of Power Engineering and Advanced Technologies, FRC Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences

**Kazan State University of Architecture and Engineering

Keywords: mixed mode loading, plastic stress intensity factor, J-integral, stress triaxiality.

Abstract

The present study is concerned with a numerical analysis of a complex of nonlinear fracture resistance parameters in the full range of mixed mode loading for various types of experimental specimens. Two types of cruciform specimens and compact-tension specimen are considered for various combinations of the crack angle and loading biaxiality with variation of the elastic-plastic properties of the material. Nonlinear fracture resistance parameters in the form of stress triaxiality, a J-integral, and a plastic stress intensity factor are calculated. The influence of the geometric parameters of the specimens, the plastic properties of the material, and the mixed mode loading on the behavior of the investigated parameters is established.

 

Расчетно-экспериментальный метод определения констант уравнений накопления и развития повреждений при ползучести

А.В. Туманов, В.Н. Шлянников

tymanoff@rambler.ru, shlyannikov@mail.ru

Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН

Ключевые слова: накопление повреждений, поврежденность, зона процесса разрушения, скорость роста трещины при ползучести

Аннотация

В работе представлен расчетно-экспериментальный метод определения констант уравнений накопления и развития повреждений при ползучести. Предлагаемый метод позволяет однозначно определить константы материала, описывающие степенной характер накопления повреждений при одноосном нагружении на основе стандартных испытаний на ползучесть. Аналитически получена взаимосвязь между временем до разрушения и пределом длительной прочности, что дает возможность прогнозирования скорости роста трещины при ползучести. Закон накопления повреждений интегрирован в программный комплекс расчетов по методу конечных элементов ANSYS Mechanical. Предлагаемый в данной работе метод позволяет осуществить прогноз долговечности на стадии развития дефектов в материалах и элементах конструкций при высокотемпературном нагружении без произвола в определении входных параметров.

 

A.V. Tumanov, V.N. Shlyannikov

METHOD FOR CREEP DAMAGE ACCUMULATION LAW CONSTANTS DETERMINATION // Transactions of Academenergo. -2018. –N 4.-P.P. 115-126.

e-mail: tymanoff@rambler.ru, shlyannikov@mail.ru

Institute of Power Engineering and Advanced Technologies, FRC Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences

Keywords: damage accumulation, creep crack growth, lifetime prediction, fracture process zone

Abstract

In this study a computational-experimental method for the creep damage accumulation law constants determination is present. Proposed method makes possible to obtain constants of damage accumulation power-law from  standard creep tests under uniaxial tension. The relationship between time to rupture and ultimate strength is obtained. This relationship makes possible to predict creep crack growth rate in materials and structures. In order to numerical calculations damage law was integrated into ANSYS Mechanical.  Proposed method allows to predict durability of structural elements at high temperature loading and it has no arbitrariness in the definition of input parameters.