АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМАТИВНОГО СОСТОЯНИЯ НЕОДНОРОДНОГО МАТЕРИАЛА ПРИ КРИОГЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

АННОТАЦИЯ

В данной работе проведен анализ исследования напряжённо-деформативного состояния неоднородного материала при криогенных температурах с использованием методики конечных элементов (МКЭ). В работе рассматриваются основные аспекты проблемы, связанной с поведением материалов при экстремально низких температурах. В работе также обсуждаются плюсы и минусы использования методики МКЭ при анализе напряжённо-деформативного состояния неоднородного материала.

ABSTRACT

This paper analyzes the study of the stress-strain state of an inhomogeneous material at cryogenic temperatures using the finite element technique (FEM). The paper examines the main aspects of the problem associated with the behavior of materials at extremely low temperatures. The work also discusses the pros and cons of using the FEM technique in analyzing the stress-strain state of an inhomogeneous material.

Ключевые слова: Методика, криогенные температуры, напряжённость, деформации, неоднородность, оптимизация, надежность.

Keywords: Methodology, cryogenic temperatures, stress, deformation, heterogeneity, optimization, reliability.

Введение. Анализ и моделирование напряжённо-деформативного состояния неоднородного материала при криогенных температурах представляет собой важную задачу в области инженерии и науки о материалах. Криогенные температуры, характеризующиеся очень низкими значениями, обычно ниже -150°C, предъявляют особые требования к материалам, применяемым в различных областях, таких как космическая технология, медицинская аппаратура, исследования в области ядерной энергетики и другие.

Методология. Методика МКЭ с учетом неоднородности материала при криогенных температурах:

Метод конечных элементов (МКЭ) является мощным инструментом для численного моделирования различных процессов в инженерии и науке о материалах. При анализе напряжённо-деформативного состояния материалов при криогенных температурах методика МКЭ применяется с особым учетом неоднородности материала.

Геометрическое моделирование: Первым шагом в методике МКЭ является создание геометрической модели объекта, который будет анализироваться. Это может быть как простая геометрическая форма, так и сложная структура с неоднородностью материала.

Разбиение на конечные элементы: Геометрическая модель разбивается на конечные элементы - небольшие части объекта, для которых можно численно решить уравнения механики деформируемого тела. Эти элементы соединены в узлы, образуя сетку.

Определение материальных свойств: Каждому конечному элементу присваиваются материальные свойства, которые могут быть неоднородными в случае исследования материалов при криогенных температурах. Это может включать модуль упругости, коэффициенты теплового расширения и другие свойства, изменяющиеся в зависимости от температуры.

Формулирование уравнений: Для каждого конечного элемента формулируются уравнения механики деформируемого тела, учитывающие напряжения, деформации и другие параметры.

Решение уравнений: После формулирования уравнений производится их численное решение с использованием методов численной алгебры.

Анализ результатов: Полученные результаты анализируются с целью оценки напряжений, деформаций и других параметров, определяющих поведение материала при криогенных температурах.

Результат. Результаты проведенного исследования по методике МКЭ с учетом неоднородности материала при криогенных температурах позволяют сделать следующие выводы:

Анализ напряжений и деформаций: Исследование показало, что напряжения в материале при криогенных температурах значительно выше, чем при нормальных условиях эксплуатации. Это объясняется уменьшением пластичности материала при низких температурах.

Эффект неоднородности материала: Учет неоднородности материала имеет существенное влияние на распределение напряжений в структуре. Области с различной плотностью, составом или дефектами демонстрируют различное поведение при криогенных температурах.

Оптимизация конструкций: Исследование позволяет оптимизировать конструкции для работы при криогенных температурах. Путем анализа различных вариантов материалов и конфигураций можно выбрать наиболее подходящий вариант с минимальными напряжениями и деформациями.

Прогнозирование надежности: Результаты исследования позволяют прогнозировать поведение материалов и конструкций при криогенных температурах, что является важным аспектом для обеспечения надежности и безопасности технических систем.

Практическое применение: Полученные результаты могут быть использованы при проектировании и эксплуатации различных устройств и конструкций, работающих в условиях криогенных температур, таких как криостаты, криогенные емкости и другие.

Таблица 1.

Результаты исследования методики МКЭ при криогенных температурах

Заключение. Исследование по методике МКЭ с учетом неоднородности материала при криогенных температурах представляет собой важный шаг в разработке и оптимизации материалов и конструкций для работы в экстремальных условиях, что способствует развитию современной инженерной науки и технологии.

Список литературы:

1. Конюхов Д.С. Изучение механических свойств крупных трещин методом математического моделирования: дис. ... канд. техн. наук / Д.С. Конюхов. - М., 2000. -171 с.
2. Ламонина Е.В. Численное моделирование трещиноватых скальных массивов: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Е.В. Ламонина. - М., 2006. - 24 с.
3. Назаров О.Т. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ И ДЕГРАДАЦИИ МАТЕРИАЛОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ПЕРЕМЕННОЙ НАГРУЗКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНИК МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 4(121).
4. Назаров О.Т. МОНИТОРИНГ КОРРОДИРОВАНИЯ И ВНЕЦЕНТРЕННО НАГРУЖЕННЫХ КОЛОНН ПРИ ПОМОЩИ ИСКУСТВЕННОГО ИНТЕЛЕКТА // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 2(119).
5. Назаров О.Т. ИССЛЕДОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ АСПЕКТОВ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ МЕХАНИКИ МАТЕРИАЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 5(110).