Прогнозирование высокотемпературной ползучести элементов конструкций из огнеупорных материалов при циклическом нагружении тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

ЗАПОРІЗЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

САНЧЕС Маседо Гунтер

УДК 539.4

ПРОГНОЗУВАННЯ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОЇ ПОВЗУЧОСТІ ЕЛЕМЕНТІВ КОНСТРУКЦІЙ З ВОГНЕТРИВКИХ МАТЕРІАЛІВ ПРИ ЦИКЛІЧНОМУ НАВАНТАЖЕННІ

01.02.04 - Механіка деформівного твердого тіла

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Запоріжжя -1997

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури

Науковий керівник

кандидат технічних наук, доцент -

Ромасько Владислаа Семенович

доцент кафедри будівельної механіки ХДТУБА

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, профеоор Ройтман Анатолій Беніамінович

професор каф. прикладної математики Запорізького державного університету

кандидат технічних наук Хуповка Віктор Петрович

головний технолог акціонерного товариства 'МОТОР СІЧ*, м. Запоріжжя Провідна установа

Проектний та науково-дослідний інститут ‘ХАРКІВСЬКИЙ ПРОМБУДНДІПРОЕКТ", м. Харків

спеціалізованої вченої ради Д 17.052.01 у Запорізькому державному технічному університеті за адресою: 330063, м. Запоріжжя, вул. Жуковського, 64.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Запорізького державного технічного університету за адресою:330063, м.Запоріжжя, вул. Жуковського, 64.

Захист відбудеться

1998 року о_______годині на засіданні

Автореферат розісланий

ш&ш

1В37 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор технічних наук, професор

Волчок І.П.

ВВЕДЕННЯ

Актуальність теми

Врахування повзучості матеріалу в процесі тривалої експлуатації є актуальним для багатьох конструкцій з вогнетривкого матеріалу при високих температурах. Наприклад, для повітронагрівачів доменних печей, обігрІЕЗЛЬНих простаків коксовій печей, футеровки металургійних, хімічних і енергетичних високотемпературних агрегатів. Прогнозування повзучості відноситься до засобів прискореного аналізу процесів деформації і руйнування матеріалів і конструкцій. Складність проблеми прогнозування повзучості вогнетривкого матеріалу полягає у тому, щоб на базі порівняно короткочасних, наприклад 100 годинних, лабораторних випробувань зразків вогнетривких матеріалів, дати науково обгрунтований прогноз розвитку деформацій повзучості на період часу, порівняний з терміном експлуатації промислової конструкції до першого ремонту, що складає приблизно двадцять років. Без застосування прискорених методів не вдасться обійтися при розв'яззниі всіх чотирьох типів завдань для динамічних систем по класифікації В.В. Болотіна, тому тема дисертації с актуальною’.

Зв’язок роСотн з наукоквні програмами, плаяамя, темами ■

Дослідження проводилося з власної ініціативи за традиційною тематикою кафедри будівельної механіки Харківського державного технічного університету будівництва і архітектури.

Мета і задачі дослідження

Метою дослідження с побудова стохлепічяого процесу опору вогнетривкого матеріалу (динас) деформації в умовах високотемпературної повзучосгі при цихлічному навантаженні з періодом від 14 годин до 70 годин, у відповідності з проміжком часу бід зазантажеаня вугільної шихти до виштовхування коксу з печі після термообробкч.

Побудова стохасти'шого процесу передбачає вибір простору рівноважних напружень і знаходження в ньому функції розподілу елементів структури матеріалу по рівноважним напруженням. Для дослгнеїигя поставленої мети треба дій динамічної системи виконати завдання трьох типів і підійти до розгляду четвертого, яке пов’язано з управлінням станом конструкції.

В питанні третього типу (про властивості ієрархічної системи) прогноз повзучості вогнетривкого матеріалу використовується при виборі параметрів

рівняння повзучості, що порад з пружними параметрам! (модулем і коефіцієнтом Пуассона) враховують характеристики стану матеріалу на мезоскопічному рівні.

В задачі другого типу (оберненій) вимагається по величині прогинів простінка оцінній середню величину інтенсивності навантаження, під дією якої простінок печі прогинається на 25 мм за 20 років.

Задача першого типу (пряма, при заданій величині впливу на вході системи знайти відгук) полягає в розв’язання краєвої задачі повзучості з метою одержати оцінку напруженого стану конструкції, визначити залежність деформації повзучості від часу і обчислити ймовірність руйнування конструкції.

Наукова новизна одержаних результатів

Вперше опір матеріалу деформації розглядається на двох ієрархічних рівнях: на макроскопічному рівні стан визначається напруженнями і деформаціями, а на мезоскопічному рівні стан визначається розподілом елементів структури по рівноважним напруженням. В просторі рівноважних напружень знайдена в аналітичному вигляді функція розподілу і, таким чином, побудовано стоксікчккй процес опору матеріалу (динасу) деформації.

Щільність розподілу по рівноважним напруженням вперше знайдена теоретично з розв’язання стаціонарного рівняння Фоккера-Планка, тоді як раніше, наприклад, у роботах М.С. Стрілецького, О.Р. Ржаніцина, В.В. Болоііііа, відомих у галузі надійності конструкцій, використовувалися дві емпіричш щільності розподілу по напруженням і по міцності.

Опрацювання нового ймовірнішого підходу до розв’язання проблеми міцності конструкцій з вогнетривкого матеріалу стало можливим після розв’язаній B.C. Ромасько двох фундаментальних проблем механіки деформівного твердого тіла: а) побудови конститутивного рівняіїня опору матеріалів деформації при повзучості; б) визначення стохаствчного процесу деформації за допомогою функції розподілу елементів структури по безрозмірним рівноважним напруженням К (у ймовірнісному просторі рівноважних напружень).

Проте, не зважаючи їй вказані досягнення, дчя конструкцій з динасу раніше не були відомі числові значення коефіцієнтів щільності розлоділу елементіа структури по рівноважним напруженням і класичного рівняння повзучості, що не дозволило оцінити ймовірність руйнування конструкції.

В запропонованому підході ймовірність руйнували* Р конструкції розглядається як ймовірність події, що полягає у тому, що при деякому напруженні <т на макроскопічному рівні рівноважні напруження а*'* на мезоскопічному рівні, віднесені до а, перевищують відношення К» - оі^/с

СО

допустимої величини а',4'1« 20 МПа для динасу до а, Р(К>К,)= Jg(K)dK, тому

г

оцінці Ймовірності руйнування передуе обчислення К* (для певного рівня <т).

Оцінка напруженого стану конструкції одержана наслідок розв'язання нелінійної краевої задачі повзучості на базі 100000 годин з використанням розрахункової схеми, в якій пружні властивості матеріалу визначаються модулем пружності Е-5000 МПа і коефіцієнтом Пуассона Ув0.2, я повзучість на стискання (розтягування) характеризується класичним рівнянням 1 є* =»С0 -в01 Параметри Со, Сі, Сг, класичного рівняння повзучості знайдені із застосуванням даних, отриманих на підставі раніше проведених в Українському науково дослідному Інституті вогнетривів експериментів, що не мають аналогів у світі, з тривалістю випробування одного зразка динасу на повзучість протягом 100 годин.

Сформульована гіпотеза про степеневу залежність середніх рівноважних напружень, що не спостерігаються, від ковзних середніх деформацій повзучості, які спостерігаються і впливу рівноважного деформаційного зміцнення

в А •(£*)* на повзучість.

Запропонована явна залежність М=ТУТ показника ступеня N від температури Т і висловлена гіпотеза про те, то в крихкому стані N>1, а в пластичному N<1. При граничній величині деформації повзучості еГ *0.003 для температури 1473°С, при значенні крихкої міцності динасу 20 МПа, ‘ значення N виявилося близьким до 2 (з крихкому стані). Йому відповідають коефіцієнти класичного рівняння 1

повзучості -1 І ,С1 = -г——. С2 зокрема Со»1^2.1СГ7{КПаа.і)“в‘31.

N+1 * N+1

Дтз визначення ресурсу конструкції з динасу при циклічному навантаженні запропоновано рівніння витривалості матеріалу» яке свідчить про те, що прн симетричному циклічному навантаженні конструкції 3 періодом 14 годин її ресурс значно перевищує 15000 циклів (ідо відповідають 20 рокам експлуатації). Цей результат показує, що для вогнетривких конструкцій, працюючих в умовах циклічних навантажень з періодом в десятки годин, умова міцності виконується, але існує небезпека однобічної повзучості при несиметричному навантаженні.

Практичне значення одержаних результатів

Вогнетривкі конструкції руйнуються крихко, а теорія крихкого руйнування для них відсутня, тому запропонований підхід до розрахунку на міцність конструкцій з динасу, що знаходиться в крихкому стані навіть при високих температурах 1000-1500°С, е значним теоретичним доробком, який може принести певну практичну користь. Складність дослідження властивостей матеріалу і розрахунку напруженого і деформованого стану в небезпечній зоні конструкції з динасу пов'язана з тим, шо величина деформації повзучості не перевищує пружної деформації (тому раніше нею нехтували). Нами пропонується враховувати не

тільки міцність в граничному стані але і весь процес еволюції напруженого і деформованого стану на макроскопічному рівні, а також еволюцію розподілу елементів структури по рівноважним напруженням на мезоскопічному рівні. Цс дас можливість, спираючись на результати досліджень матеріалу, теоретичним шляхом визначити міцність конструкції.

Навіть малі деформації повзучості супроводжуються нелінійними ефектами, які становлять науковий і практичний інтерес, дозволяють пояснити відомі, але досі ке пояснені експериментальні дані. Наприклад, більшість простінків працюють безвідмовно ери симетричному навантаженні протягом багатьох років і тільки деякі, окремі простінки працюють ь умовах несиметричного навантаження. Під діоо цього навантаження відбувається зростання однобічних прогинів, що ведуть до збільшеная числа відмов. Гіпотеза про несиметричне навантаження пояснює руйнування на піді (в пертому ряду, починаючи від черені печі) типу підрізі» кладки простінка коксової печі на 12-15 році експлуатації коксової батареї в жорсткому режимі з періодом коксування 14 годин.

Внесено доповнення у вигляді поверхні витривалості матеріалу, на основі «хої доведено, що конструкція прн симетричному навантаженні з боку суміжних камер мас достатній ресурс, який перевищує практичну потребу.

Особистий внесок здоБувача

Особистий внесок здобувача полягає у створенні аналітичного методу оцінки ймовірності руйнувати конструкції з вогнетривкого матеріалу в крихкому стані, Шо складається з наступного:

1. Для конкретного матеріалу визначені числові значення коефіцієнтів рівняння ставу на мезоскопічному ієрархічному рівні, яке замикає систему рівнянь і дозволяє робити кількісні оцінки.

2. Сформульована гіпотеза про те, що при статичному законі рівноважного

деформаційного зміцнення <71й = на мезосхопічному ієрархічному рівні

значення показника ступеня N є критерієм крихкого, або пластичного стану.

3. Запропонована класифікація умов переходу від крихкого до пластичного стану: в пластичному сталі показник N не перевищує 1; а в крихкому стіні показних перевищує 1; лінійний закон рівноважного деформаційного зміцнення при N“1 є проміжною нагодою між законами зміцненім в крихкому N>1 і в пластичному N<1 ставах.

4. Досліджено вплив температури на показник ступеня М=То/Т, з якого при То-3663К, зроблено висновок про те, що динас практично завжди знаходиться в крихкому стані.

5. Побудовані поверхні витривалості та довготривалої міцності для динасу при циклічному навантаженні і при повзучості, відповідно.

б. Дм оцінки ймовірності Р руйнування конструкції запропоновано критерій

напружених (при певній величині деформації повзучості), віднесені до рівня напруження а, перевищують межу міцності <ті*5 на мезоскопічному рівні віднесену до напружили а на макроскопічному рівні, знайденому з розв'язання відповідної краевої здачі.

7. Окрім концепції руйнування слабкого ланцюга запропоновано при оцінці коефіцієнту запасу міцності використовувати Ймовірність перевищення рівноважними напруженнями границі міцності на мезоскопгчному ієрархічному рівні.

8. На підставі оцінки ймовірності руйнуванні зроблено висновок про практично необмежений ресурс простінків коксових печей при симетричному навантаженні. Подані пропозиції контролювати симетричність температурного та силового впливу на простінок печі з беку двох суміжних камер.

9. На підставі розв’язанні відповідної оберненої краевої здачі повзучості Яри тривалому несиметричному навантаженні рекомендовано н» допускати великих прогинів простінка, що перевищують 25 мм.

Апробація результатів дисертації ••

Основні результати дослідження доповідалися і обговорювалися на науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури 1994*1996 років, на шостій міжнародній науковій конференції [мені акадздіка М. Кравчука у Національному технічному університеті України у травні 1997 року І на другій міжнародній наухово-техшчніа конференції “Розвиток технічної хімії в Україні” у Харківській державній академії залізничного транспорту у жовтні 1997 року.

Публікації

Три статті опубліковані а журналі “Коко і хімія”, чотири публікації містяться в матеріалах наукових конференцій.

Структура роботи

Дисертація складається з введения, 6 розділів, висновків, рекомендацій, переліку посилань на літературні джерела та додатків А, Б, В, Г, Д, Е» Ж. Вона містить 122 сторінки тексту» включаючи 28 малюнків, 13 таблиць 1 список літератури з 67 найменувань. Додатки займають 70 сторінок. Повний текст дисертації з додатками 192 сторінки.

який полягає у тому, що рівноважні

к.

ЗМІСТ

Авалі] існуючих корій крихкої міцності Емпіричний підхід М.С. Стрілецького

В першому розділі розглянуті засоби теорії ймовірності і математичної статистики та їх застосувавші і теорії опору матеріалів, в будівельній механіці нрн дослідженні коефіцієнту запасу в розрахунках на міцність, що знайшла розвиток у роботах М.С. Стрілецького, О.Р. Ржаніцкиа, В.В. Болоііка. 0 цих роботах випадковий процес опору деформації будівельних конструкцій вважається залежний віл даох груп чинників: процесу навантаження 8(Ц на махросхопічному рівні і випадкових властивостей міцності матеріалу Я(1) ва метоскопічному рівні. Аналіз £ йти б у цих чнянзїів на міцність конструкції дозволяє робить висновки про міцність, довготривалість, надійність конструкції, якщо ьідош функції розподілу елементів КрИХКОГО тіла по напруженням 8 (І) і по міцностам

ЇЬ рис. 1 ймовірність руйнування Р в граничному стані дорівнює добутку P=W|.VУ2 ймозірностей того, шо напружегам <г иа макроскопічному рівні перевищують граничний рівень сгі*', і \Мз того, що міцність а11' на мезоскопічиому рівні ке перевщцуе того ж самого різня сі*1. Обидві функції мають бути визначені експеримеотально у відповідності ДО результатів іспитів тяап чи десятхів тисяч зразків. Проведення такої великої кількості випробувань пов'язано з великими трудовими і матеріальними витратами, тому воно дуже рідао виконується у паяному обсязі.

і міцності на мезоско пічному рівні по М.С. Сірілсзькому.

Теоретичний підхід B.C. Ромасьхо

У випадку вогнетривких матеріалів проведення дослідів на

високотемпературну повзучість з доведенням зразків до руйнування пов’язане з технічними труднощами, тому цікавим є теоретичний підхід до оцінки ймовірності руйнування крихкого вогнетривкого матеріалу, який не вимагає

експериментального визначення двох функцій розподілу рис. 1, а обмежується однією та іде й теоретичною функцією, яка містить у собі не різницю, як прийнято в згаданій теорії надійності, а відношення напружень на різних ієрархічних рівнях.

структури по безрозмірним напруженням по B.C. Ромасько.

На рис.2 видно, що використовується права гілка функції, коли великі рівноважні напруження перевищують межу міцності, тоді як на рис. 1 мова йде про руйнування слабкого ланцюга.

Конститутивне рівняння опору матеріалів деформації

В другому розділі розглянута гіпотеза про конститутивні рівняння, що зв'язують між собою параметри обов'язково двох моделей, одна з яких у вигляді суцільного середовища описує властивості матеріалу на макроскопічному рівні, а інша - дискретна модель матеріалу враховує розподіл елементів структури по рівноважним напруженням на мсзоскопІчному ієрархічному рівні. В разі моделі матеріалу з двома ієрархічними рівнями конститутивне рівняння має вигляд узагальненого рівняння П.А. Ребіндера1

* Ромасько B.C. Феноменологический подход к оценке повреждения и восстановления структурных связей в материалах при ползуч естиУ/Новое в реологии полимеров. Материалы XI Всесоюзного симпозиума по реологии. Под ред. Г.В. Виноградова • М.:Ин*т нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева АН CCCP.-I982. «выл.!. -С.217*220.

де 2. - ^ - безрозмірний час, 1 -час, Є - модуль пружності, т]а - в'язкість, х ~

Щ

коефіцієнт рівноважного деформаційного зміцнення.

Стохастнчннн процес опору деформації & ймовірнісному просторі рівноважних напружень

Відомо, що тверда частка, занурена у рідину, випадково блукає (броуиівський рух)

. <3х ... .

з середньою швидкістю руху — пропорційною координаті X

гії = а'Х’ Р)

Разом з рідиною вона утворює лінійну динамічну систему, а якій розподіл по координаті £( х) може бути знайдений шляхом розв'язання

ЧЯ

g(x) = c-exp| j|-xdxj , (3)

стаціонарного рівняння Фоккєра-Планка. -

-^-[а-Х-В(х)] + £т[Ь-Е(*)] = 0. • ' (4)

... Дач твердого тіла фазовий простір координат і швидкостей не с едино можливим тому, що параметрами стану суцільного середовища служать напруження а І деформації є.

B.C. Ромасько запровадив поняття фазового простору ріяиоважкііх напружень а(0), по яким на першому ієрархічному рівні розподілені елементи структури, і цей розподіл має бути знайдений аналітичним шляхом розв'язання стаціонарного рівняння Фокхера-Планка. Якщо врахувати, що повні напруження утворює суму <т = сг*+ст(в) ефективного а* і рівноважного <т(в) ■ напружень, а деформація с дорівнює сумі е = є* + г*’пружної £*=а/£:, де Е - модуль пружності, і повзучості є'*, то вхідні положення ієрархічної моделі мають наступний вигляд:

1. швидкість деформації повзучості пропорційна ■ ефективному напруженню і обернено пропорційна в’язхості т]

2. в’язкість 7, в свою чергу, є змінною величиною пропорційною рівноважним сг(в) (мезоскопічним) і обернено пропорційною макроскопічним а напруженням

а(а)

П“Па—; (5)

<7

3. рівноважні напруження разом з деформаціями повзучості входіть до закону про стан на мезоскогачному рівні у вигляді степеневої функції

<7м = а-(Он: (7)

З урахуванням закону про стан (7) співвідношення (5) і (6) можуть бути засисані у вигляд} узагальненого рівняння повзучості для матеріалів, що знаходяться не тільки в крихкому, але й у пластичному стані

N-1

По к1 }

Щільність g розподілу елементів структури по безрозмірним рівноважним напруженням К, знайдена шляхом розв'язання стаціонарного рівняння Фохжсра-Планка, в явній формі залежить від напруження і в не явній формі - від температури

g(T1^т,K} = сО",ст)е

Залежність С(Т, сг) від температури Т і напруження ст коефіцієнту с визначається на підставі умгвн нормування всієї площі під кривою ц(К) на рис. 2 на одиницю. *

Обчислення ймовірпості руйнування (типу підрізів) кладхн на під! непі

а?

І [а рис. З показана повна ймовірнісна крива Р( К*) руйнування динасу К* = —9—,

'Т (10)

Видно, що прн напруженнях меишнх 10 МПа ймовірність руйнування близька до нуля, а при зростанні рівня напруженні Ймовірність більша від нуля і може збільшуватися при зростанні напруження.

= |е(К)сіК.

■ . .ІИЬЗ _

%■ ь (Ча(Т)І

сік

(9)

Рис. З - Повна ймовірнісна крила руйіїування динасу при значенні коефіцієнту дифузії Ь-0.000001 г“1 в просторі рівноважних напружень.

При визначенні ймовірності руйнувати Р~\Л/3, на рис. 2, 3, використовується функція § (9), сціцха параметрів якої' ускладнюється тим, що параметр рівноважних напружень не спостерігається і входить в нелінійне рівняння стану на. мезоскопічяому рівні. У макроскопічних дослідах спостерігається лише деформація повзучості. У крихкому стані величина деформації мала по відношенню до величини пояної деформадії і її шс необхідно виділити на тлі великої пружної деформації. Задача оцінювання деформації повзучості і рівноважних напружень розв’язується, з використанням методу узагальнених діаграм з урахуванням впливу температури на показник ступеня М, граюпяих величини рівизважі-па калружеяь і деформацій повзучост і є?: '

(П)

(12)

Визначення характеристик динасу по узагальненій діаграмі повзучості інваріантній по відношенню до режиму навантаження

В четвертому розділі використані відомі експериментальні дані для знаходження нових, додаткових характеристик властивостей матеріалу, ясі показали що первинні криві Ізотермічної повзучості динасу, залежності £"{/) деформації повзучості £* від часу І, отримані в умовах монотонного, або , .

«

циклічного навантаження, де Ф = ДсгСОГ^ * узагальнена координата, можуть бути

о

зведені до одкісГ узагальненої діаграми в координатах єш - Ф

V')'. (14)

при 0в„=500 000 Дж/моль.К, Р!=8.314 Дж/моль, аг=0.3147, /7=1.8] (для динасу до служби) і /?=2.7 (для динасу після 20 років служби в печах Аідеевсьхого, Криворізького і Валлійського коксохімічних заводів).

Шляхом порівняння емпіричних узагальнених діаграм повзучості1 (14) з теоретичними залежностями

(15)

(16)

в яюіх Т0 = Т-М

// = 1-1; ^- = —10“; Є = —;

а а ЯТ

а* і

{а-Т2а’А

1£*Р

Ж

А

Вкшнсвсжлй И.И., Смернова Л.Д.» Гомасько В.С., Яровой ЮН. Обобщенные диаграммы я пределы ооліучестя динасових огнеупоров для коксовых печей// Огнеупоры. -М, 19Я9. -/А 5, -С, 16-17.

були встановлені такі значення параметрів динасу.

<3-16,5; г)о=2.664.10'2 КПа.г; 1>3643К; Т,=1100К; п{"' =20000 КПл; Е=5,5 Ю"' КПа; Те-156,38К; р—1,81; Т.=1673К; є?=0,003.

Побудова крнвнх витривалості для динасу

Серсдне напружених оср вюначаєтьса вагою хладки иростінха і перекритті нал ним і залежить тільки кіл розмірів камери коксування. Режим навантаженні в першому наближенні ноже бути заданий функцією часу

о-(г) =

гз П

£ав.(,_, )

о £ г ^ г, «а^+г,

/, +<, <И5;2і2

(17)

де ам • найбільше » а сгліа- найменше (стискаюче) напруженні у точці небезпечного перетину простінка, розміщеного на ліді печі.

Задача про оцінку напруження вирішувалася з використанням балочної схеми в пружній постановці. Діаграма витривалості будувалася з використанням узагальненої діаграми повзучості (14) інваріантної відносно режиму навантаження.

При підстановці залежності (17) напруження о від часу t за цикл в праву частину (14) в припущенні про те, що амплітуда напружених сгш не залежить від номера циклу М і визначається з розв’язання пружної задачі

(18)

вираз (18) може бути записаний так:

(-°*£ ■еР-Пг _2

1(НН¥Н ■М!а

На рис. 4 показано, що ресурс кладки обігріваючого простінка при симетричному навантаженні простінка з боку суміжних камер дуже великий і значно перевищує практичну потребу для нормальної експлуатації коксової батареї (20 років).

напруження (у Па) від числа циклів М=і 10000 до руйнування, обчислені з використанням теоретичної і емпіричної формул при 1400°С і 1200°С, а також при 1200°С з використанням теоретичної формули.

Оцінка напруженого стану кладки простінка коксової печі при згині під дією поперечного навантаження і власної ваги (при несиметричному навантаженні простінка печі)

В п'ятому і ‘шостому розділах зроблена спроба розв’язання просторової нелінійної краєвої задачі повзучості для одного з 32 вертикалів печі на базі 100000 годин при коефіцієнтах класичного рівняння повзучості Со-10”,2(КПа2.г)~°333, С|=0.666, Сг=0.333, хоча насправді годилося б при Т=1673К використовувати інше значення Со=1,82 і0_7(КПа2.г)~°3\ тому отримані результати розглядаються як якісний приклад можливості руйнування при однобічному навантаженні(рис.5).

Із застосуванням даних розв’язання задачі повзучості для вертикала простінка при N-2 під дією не компенсованого навантаження 60 КПа були побудовані

епюри нормальних напружень а,(у) у вигляді показаному на рис. 6 для перетину 2=0 відповідно у першому ряді кладки (на піді печі) в три різні моменти часу 33333г, 66666 г, 100000 г.

Вертикал простінка печі ' Переріз вертикалу У=сопз1

£ ■

!>$$$ Вертикал угчйгік* ... щ&зуг/і:. '■ . . • л

< '■ -Л 'уЛїії

Переріз г=соп8І вище и нижче різня обігріву , Нижче рівня обігріву

Гріюта у етика

0.07 н

Вище рівня обігріву

товщиною 0.105 к

ширина

вертикала

0.48н

Біндер простінка товщиною 0.99 и Рис. 5 - Схема вертикалу гріючого простінка разом з перекриттям печі

На рис. 6 видно, що рівень нормальних напружень монотонно зростає у часі. Цікаво, що епюри а,(у) нелінійні і їх нелінійність викликана відхиленням від лінійних епюр в бік більших напружень, тобто в протилежний бік порівняно з відхиленнями при утворенні пластичного шарніру. З розв’язання задачі повзучості видно, що при несиметричному навантаженні простінка печі неминучим е зростання однобічних прогинів і напруження до небезпечного рівня, коли стає можливим руйнування конструкції, тому необхідно пильнувати за температурами і прогинами, не допускаючи тривалої роботи при несиметричному навантаженні.

Рис. б - Епюри нормальних напружень в перетині 2=0 простінка печі по товщині за 50,100,150 рівномірних кроків у часі (33333,66666,100000 годин)

ВИСНОВКИ

При побудові стохастичного процесу опору матеріалу деформації динас розглядається як ієрархічна система з двома рівнями.

Повзучість дкнасу описується конститутивним рівнянням у формі узагальненого рівняння П.А. Ребікдера, що зв'язує параметри макроскопічного (напруження і деформації) нульового ієрархічного рівня з середніми рівноважними напруженням, по яким розподілені «лементи структури на першому ієрархічному рівні.

1. Вперше для динасу у крихкому стані розв’язана нелінійна задача фільтрації (третього типу) для статистичної динамічної системи, в якій рівноважні напруження визначаються за допомогою середніх деформацій повзучості, степеневого закону стану з коефіцієнтом пропорційності А і показником ступеня N заласними від температури.

2. Запропонована класифікація пластичного і крихкого станів у відповідності з показником ступеня № при №£N50.5 - пластичний; при І^М - крихкий; при 0.5<М<1 - перехідний.

3. Записано рівняння повзучості у відокремлених змінних, що дозволяє обгрунтувати відомий метод узагальнених діаграм повзучості.

4. Показано, що при симетричному навантаженні простінка коксові печі динасова кладка має великий ресурс витривалості (понад 20 років).

5. При несиметричному навантаженні простінка коксові печі ресурс динасової кладки значно знижується (при згинанні простінка за рахунок однобічної повзучості), тому рекомендовано контролювати температуру в суміжних із

простінком камерах і слідкувати за зростанням однобічних прогинів, що опосередковано свідчать про несиметричність навантаження.

6. Розрахунковим шліхом побудована залежність ймовірності руйнування простінка від рівні напруженні (повна {імовірнісна крива руйнування).

7. Обернена задача (друга) статистичної динаміки розглядалася на прикладі простінка коксової печі з висотою камери 7 метрів, виготовленого з динасу. З розв'язання оберненої задачі знайдена верхні межа інтенсивності навантаженні 47 КПа.

8. Пряма задача (перша) статистичної динаміки розв'язувалась ва прикладі простінка коксової печі при несиметричному навантаженні, як задача теорії повзучості за методом скінчених елементів. Напружений етап конструкції у крихкому стані оцінювався за час 100000 годин.

Основні положении дисертації викладені в роботах:

1. Ромасько B.C., Веииону С-, Морозова А.В., Санчес М.Г. Два подхода к проектированию коксовых сечей иа основе прочность» критериев предельного состояния кладки простенка // Кокс и химия. - М., 1994. -№12. >0.15-19.

2. Ромасько B.C., Санчес МГ. Выбор параметров температурного режима коксования// Кокс в химия. - М., 1995. -№4. >0.13-16.

3. Родосько B.C., Санчес MX. Моделирование на ЭВМ влияния эффективной теплопроводности угольной загрузки при коксовании в печных камерах различной ширины // Кокс и химия. - М., 1995. •№ 6. -С. 12-16.

4. Ромасько B.C., Г. Санчес. Напрямки розвитку, теорп опору вогнетривів деформації// Тезисы докладов S 1-й научно-технической конференции “Строить -Значить думать о будущем”. -Харьков: ХГТУСА. -1996. -С.159-162.

5. Санчес М.Г., Ромасько B.C. Прогнозування повзучосте і довготривалої міцності вогнетривів, як задача фільтрації// Матеріали шостої міжнародної наукової конференції імени акадзміка М. Кравчука. -Київ: НТУ України “КПГ’. -1997. -С. 343.

6. Мирошников В. Ю., Сакчес MX., Ромасько B.C. Применение методов физикохимической механики разрушения к решению задач прогнозирования ползучести и длительной прочности элементов строительных конструкций// Труды второй международной научно-технической конференции "Развитие технической химии в Украине”. -Харьков: ХГАЖДТ. -1997. -С. 338-341.

7. Санчес Г., Мирошников BJO., Ромасько B.C. Пример расчета напряженного состояния кладки простенка коксовой печи из огнеупорного материала с учетом высокотемпературной ползучести// Труды второй международной научнотехнической конференции “Развитие технической химии в Украине”. -Харьков: ХГАЖДТ. -1997. -С. 372-375.

АНОТАЦІЯ

Санчес Мгседо Г. “Прогнозування високотемпературної повзучості елементів конструкцій з вогнетривких матеріалів при циклічному навантаженні”. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.02.04 - “Механіка деформівного твердого тіла”. - Запорізький державний технічний університет, ЗшіорЬюкя, 1997.

Дисертацію присвячено прогнозуванню високотемпературної повзучості при циклічному навантажені конструкції з вогнетривких матеріалів у крихкому стані. На прикладі динасу зроблено перший крок в напрямку математичного моделювання стохастичного процесу опору деформації матеріалу, який характеризується функцією розподілу елементів структури по рівноважним напруженням, яка задовольняє рівнянню Фоккера-Планка. Результати досліджень дннасу в крихкому стані застосовано у розрахунках міцності конструкції коксової печі. Встановлено, що конструкція обігріваючого простінка коксової печі при симетричному навантаженні має практично необмежений ресурс.

Ключові слова: вогнетриви, динас, протезування, повзучість, стохасгичиий процес опору деформації, крихка міцність, витривалість, довготривала міцність.

АННОТАЦИЯ ,

Санчес Массдо Г. “Прогнозирование высокотемпературной ползучести элементов конструкций из огнеупорных материалов при циклическом нагружении”,- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.02.04 - "механика деформируемого твердого теяа”.-

Залорожский государственный технический университет, Запорожье, 1?97.

Диссертация посвящена прогнозированию высокотемпературной ползучести при циклическом нагружении конструкций из огнеупорных материалов в хрупком состоянии. На примере динаса разработано новое направление в математическом моделировании стохастического процесса сопротивления деформации материала, который характеризуется функцией распределения элементов структуры по равновесным напряжениям, удовлетворяющей стационарному уравнению Фокхера-Планка. Результаты исследования динаса в хрупком состоянии использованы в расчетах прочности конструкции коксовой печи. Установлено, что конструкция обогревательного простенка коксовой печи при симметричном нагружении имеет практически неограниченный ресурс.

Ключевые слова: огнеупоры, динас, прогнозирование, ползучесть,

стохастический процесс сопротивления деформации, хрупкая прочность, выносливость, длительная прочность.

ANNOTATION

S&ichez Macedo, Gunter. A forecasting of High temperature Creep of The dements of refractory constructions under Cyclic Load. - Manuscript.

Thesis for obtain The Degree of candidate of Science (Engineering) by speciality 01.02.04 - “Mechanic of Deformed Solid Body”.- The Zaporizhia State Technical University, Zaporizhia, 1997.

The dissertation is devoted to forecasting of a high temperature creep of a construction from refractory materials in a brittle state. Tha first step was made in direction of mathematical simulation of a stochastic proccss of resist to dynas strain. Functions of distributions of structure elements on equilibrium stresses satisfying to the Fokker Planck equation are obtained. The results of investigations were used in calculation of endurance and long-term strength of a heating wall of a coke oven. It was established that with symmetrically loading construction has indefinite resource in practice.

Key words: refractory materials, dynas, forecasting, creep, stochastic processes of resistance of materials on strain, brittle strength, endurance, long-term strength.