еталлических трубах из стали Х18Н10Т, возникающих в режимах термоциклирования при многократном пропускании по трубе нагретого воздушного потока: общая относительная деформация образца, как и величина локальной деформации, изменяется на уровне 10-3; величина термоупругих напряжений ~ 300 МПа. Результаты моделирования напряженно-деформированного состояния цилиндрического держателя тензодатчика из стали 40Х2Н2МА под действием равномерно распределенной нагрузки (прикладываемая сила ~ 20 тс) показывают, что максимальные по величине напряжения и деформации возникают на площадке пятна контакта купола держателя с силопередающей плитой, а минимальные - в плоскости фиксации держателя. Модели и результаты расчета подготовлены в среде компьютерного моделирования ANSYS.
Предмет исследования: задачи численного определения точечных источников в обратных задачах тепломассопереноса.
Цель исследования: описание теоретических результатов (теорема существования и единственности решений обратной задачи), создание алгоритма решения задачи численного определения точечных источников, исследование его свойств, численная реализация алгоритма и его тестирование и проверка на устойчивость.
Объект исследования: задачи численного определения точечных источников (правой части специального вида) в обратных задачах тепломассопереноса. Источники задаются в виде суммы дельта-функций Дирака с коэффициентами, зависящими от времени и характеризующими мощность соответствующего источника. Они являются неизвестными и подлежат определению вместе с решением уравнения. В качестве данных переопределения задаются значения решения в некотором наборе точек, лежащем внутри области.
Методы исследования: алгоритм основан на методе конечных элементов по пространственным переменным и методе конечных разностей по времени. Неизвестная правая часть определяется на каждом временном слое при помощи условия переопределения.
Основные результаты исследования: описание алгоритма решения, его свойств, результаты численных экспериментов. В том числе описаны условия, когда алгебраическая система, к которой приводится задача, имеет единственное решение, проведено сравнение данных, полученных в результате расчетов, с тестовыми примерами. Расчеты проводились в том числе и с добавлением к данным замеров случайного шума различного уровня. Результаты показали, что решение устойчиво при случайном возмущении данных задачи.
Представлен численный метод расчета полей остаточных напряжений в поверхностно упрочненном призматическом образце с несквозной V-образной трещиной, базирующийся на упругопластическом решении задачи. По полученным результатам проведен подробный анализ распределений остаточных напряжений вблизи дефекта по нескольким контурам. Определено, что при глубине трещины 0.3 мм практически все изучаемые компоненты остаточных напряжений сжатия имеют бóльшие (по модулю) значения, чем при глубине 0.1 мм, либо равные значения.
Рассмотрены вопросы, связанные с моделированием тепловых и гидродинамических процессов в системе «провод – ледяная оболочка – воздух», протекающих при плавлении гололеда на проводах. Проблема нарастания ледяной оболочки на поверхности проводов линии электропередач известна давно, и ее решению посвящено много работ в области контроля нарастания гололеда, технических средств борьбы с этим явлением. В последнее время появляются работы, посвященные системам плавки, функционирующим без отключения линий от потребителей, что повышает надежность и бесперебойность энергоснабжения, снижает экономические потери от недоотпуска продукции при перерывах электроснабжения. Процесс плавки гололеда может протекать в условиях нагрева проводников током большой величины до установившейся положительной температуры, при которой разрушается ледяная оболочка. При этом переключение в режим плавки осуществляется на короткий промежуток времени. Альтернативой такому способу является совмещение электроснабжения потребителей и плавки гололеда. В этом случае мощности тепловыделения в проводах меньше, время плавки увеличено, но не требуется отключение потребителей. Проблема сохранения линии в рабочем режиме передачи электрической энергии потребителям решается дополнительной загрузкой линии реактивными токами с помощью подключения определенной индуктивной нагрузки. Увеличение токов и мощности, поступающих от питающего трансформатора в линию, должно быть технически реализуемо, чтобы не перегрузить источник и не вызвать его отключение. В связи с ограничениями мощности требуется проведение точных расчетов тепловых процессов для определения приемлемых режимов расплавления ледяного слоя. Рассмотрено комплексное моделирование термогидродинамических процессов в системе «провод – ледяная оболочка – воздух» и несколько способов определения коэффициентов конвективного теплообмена на границах проводника при различных скоростях ветра.
Последовательно изложены теоретические положения и методы расчета на прочность конструкций космической техники.
Особое внимание уделено современному конечноэлементному методу анализа конструкций, ориентированному на использование ЭВМ.
Рассмотрены задачи и приведены алгоритмы расчета стержней, пластин и оболочек, встречающиеся при создание космических конструкций.
Работа посвящена вопросам реализации разработанной авторами математической модели дыхательной системы человека, предназначенной для прогнозирования возникновения патологий органов дыхания, обусловленных негативным воздействием загрязняющих компонентов атмосферного воздуха. Предложенная модель описывает легкие как упруго-деформируемую насыщенную двухфазную пористую среду, испытывающую большие градиенты перемещений. Поскольку аналитическое решение поставленной существенно нелинейной задачи представляется нереализуемым, для решения предлагается прибегать к численным методам с пошаговыми процедурами. Предложен алгоритм решения связанной задачи фильтрации воздуха в упруго-деформируемой пористой среде. Численное решение нелинейной подзадачи деформирования двухфазной среды легких осуществляется методом конечных элементов, подзадачи фильтрации — методом конечных объемов. Для реализации алгоритма разработан комплекс программ (на языке C++) с применением технологий параллельных вычислений. На основе томографических снимков легких, получаемых с помощью интерактивного программного продукта ITK-SNAP, выполняется восстановление трехмерной формы легких. С использованием пакета ANSYS ICEM CFD строится объемная конечно-элементная сетка. Численное моделирование течения воздуха в легких человека производится для персонализированной трехмерной геометрии. Представлены поля давления газовой фазы в легких человека в различные моменты дыхательного цикла. Разработанную модель в дальнейшем планируется рассматривать как инструмент для определения зон риска развития патологий органов дыхания, обусловленных негативным воздействием аэрогенных факторов среды обитания.
Предложен метод расчета температурного поля с фазовым переходом. Использован метод конечных элементов. Задача решена в трехмерной постановке с учетом зависимости теплофизических характеристик материалов от температуры. Данная методика основана на введении эквивалентного коэффициента теплоемкости материала в зоне фазового перехода. Произведен тестовый расчет нестационарного температурного поля МКЭ таяния массы льда и сравнение его с аналитическим расчетом. Получено удовлетворительное совпадение результатов. Указанная методика реализована и используется для выполнения нестационарных температурных расчетов при определении глубины промерзания грунта, а также расчетов в районах вечной мерзлоты при прокладке теплотрасс и других сооружений. По этой методике разработана программа «Temper-3d», имеющая сертификат соответствия. Программа зарегистрирована в реестре программ для ЭВМ.
Рассматриваются вопросы, связанные с проведением расчетов напряженно-деформированного состояния металлических конструкций подъемно-транспортных машин и сварных соединений методом конечных элементов на основе специализированного вычислительного комплекса МГТУ им. Н.Э. Баумана и универсального вычислительного комплекса NX Nastran. Учебное пособие предназначено для студентов всех форм обучения и дополнительного образования по специальности «Наземные транспортно-технологические средства» и направлению подготовки магистров «Наземные транспортно-технологические комплексы» (специализация: «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные средства и оборудование») и направлению магистров «Наземные транспортно-технологические комплексы», а также будет полезно для студентов родственных технических специальностей и аспирантов по направлению подготовки научно-педагогических кадров «Машиностроение», ведущих научные исследования в области подъемно-транспортного, дорожного и строительного машиностроения.
Рассматриваются вопросы, связанные с проведением расчетов металлических конструкций подъемно-транспортных машин на прочность и жесткость методом конечных элементов на основе специализированного вычислительного комплекса МГТУ им. Н.Э. Баумана и универсального вычислительного комплекса NX Nastran. Учебное пособие предназначено для студентов всех форм обучения и дополнительного образования по специальности «Наземные транспортно-технологические средства» и направлению подготовки магистров «Наземные транспортно-технологические комплексы», а также будет полезно для студентов родственных технических специальностей и аспирантов по направлению подготовки научно-педагогических кадров «Машиностроение», ведущих научные исследования в области подъемно-транспортного, дорожного и строительного машиностроения.
В работе рассмотрены способы решения задач по деталям машин методом конечных элементов (МКЭ) Наряду с описанием решения каждой задачи МКЭ приведены решения этих задач аналитическими методами Это позволяет сравнить результаты численных решений МКЭ с результатами аналитических решений используемых в дисциплине «Детали машин» и оценить целесообразность применения и преимущества МКЭ при решении разных групп задач Для решения задач использована программа «STAR». Во второй части пособия приведено руководство пользователя программы «STAR».