Добрый день. Прошу помощи с учётом температуры в прочностном статическом расчёте.

[Dima93 0]

Есть бронзовая цилиндрическая стенка толщиной 1мм и внутренним радиусом 90мм. На внешней поверхности продольные рёбра высотой 4мм с большим шагом (мяса несколько больше, чем каналов). Внутри каналов течёт охладитель с давлением 25МПа, внутри цилиндра 7МПа. Внешняя цилиндрическая поверхность рёбер припаяна к "толстому" силовому стальному цилиндру. Если проводить "холодный" статический расчёт, то напряжения в бронзе небольшие. Если задать бронзе температурную нагрузку из температурного расчёта или просто постоянную температуру больше 400К, то напряжения по Мизесу улетают за тысячи, коэф. запаса прочности~0.1. На самом деле конструкция работает. Закреплял силовой цилиндр по радиусу и по оси, вводил симметрию по бокам модели.

Материалы сначала задавал свои, потом для проверки стал использовать  стандартные - Легированную сталь и Хромистую бронзу.

Реальная конструкция работоспособна при температурах около 800К.

 

модель под СВ2021 https://disk.yandex.ru/d/aU0JYeAbffGB5w

[Dima93 0]

11 часов назад, статист сказал:

Как у вас в реальной конструкции детали соединяются друг с другом?

Можно посмотреть на фото камеры сгорания выше. Внутренняя и наружная стенки между собой спаяны. После цилиндрической части будет еще сужение и расширение сопла. Наружный корпус из жаропрочной стали сварен из нескольких частей (если смотреть по оси), бронзовая стенка (БрХ08) припаяна к нему. Я рассматриваю только цилиндрическую часть, иначе будет трудно учесть геометрию каналов, там меняется из количество и пропадет симметрия модели.

[ДОБРЯК 606]

12 минут назад, Dima93 сказал:

Я рассматриваю только цилиндрическую часть

Вы действительно не понимаете, то что вам пишут и объясняют?

Вы не понимаете, что граничные условия в реальной модели другие? Сколько раз вам нужно сказать, что причина в этом?

Вы тогда сделайте натурный эксперимент только цилиндрической части. Приложите свои граничные условия от балды. И посмотрите какой будет результат. И сравнивайте натурные и численные результаты. 

 

[Dima93 0]

2 часа назад, ДОБРЯК сказал:

Вы действительно не понимаете, то что вам пишут и объясняют?

Вы не понимаете, что граничные условия в реальной модели другие? Сколько раз вам нужно сказать, что причина в этом?

Я понимаю, что мои ГУ не соответствуют реальности. Поэтому и спрашиваю, какие закрепления использовать для моделирования напряжённого состояния фрагмента цилиндрической двухслойной радиально нагретой стенки? Или Вы хотите сказать, что нельзя рассмотреть только фрагмент? Взять в расчёт всю камеру не представляется возможным и нужным. Она гораздо сложнее, чем приведённая здесь конструкция. но принцип тот же. Вырезать фрагмент конструкции и рассмотреть его состояние возможно. Ниже эпюра расчётных напряжений именно фрагмента. Есть и другие расчёты элементов цельной конструкции камеры сгорания. Тепловое состояние на приведённой мной модели задано принципиально правильно.

Снаружи на внешний цилиндр никаких ГУ не накладываю. Со стороны А приварены толстые фланцы смесительной головки и огневое днище (это как толстое дно у бочки для нашего цилиндра). Там, по идее, должны быть минимальные деформации. Предполагаю здесь ставить или жёсткое закрепление на наружную стенку или хотя бы на радиальные перемещения. Краевые эффекты в расчёте здесь не волнуют. Интересует именно средняя часть цилиндра с рёбрами. Со стороны В цилиндрическая стенка продолжается ещё на такую же длину, потом будет сужение и расширение сопла. В районе минимального сечения на стальной стенке находится фланец, за который крепится вся камера.

По бокам модели, если пока не учитывать азимутальные неоднородности теплового поля, условия симметричные (или циклически симметричные). Ниже разрез бронзовой стенки поперёк оси и боковые границы модели.

 

Прототип считали именно так, по частям. Вот ниже пример расчёта в Ансисе. Здесь упростили модель, даже коллектор слева убрали. До сечения справа, где через фланец крепится вся камера, тоже не дошли (или его обрезали). К сожалению, более подробных сведений о этом расчёте у меня нет. Судя по напряжениям в этой модели было жесткое закрепление по наружной стенке со левой стороны, и относительно свободное с правой стороны. Но главное, что уровень напряжений в бронзе не превышает 105МПа, что допустимо при этой температуре.

Из расчёта прототипа меня интересует пока только левая теть этого цилиндра.

 

 

[AlexKaz 1 829]

Для теплового расчёта принято строить сетку в 3-6 элементов в стенках...

 

[ДОБРЯК 606]

12 минут назад, Dima93 сказал:

Поэтому и спрашиваю, какие закрепления использовать для моделирования напряжённого состояния фрагмента цилиндрической двухслойной радиально нагретой стенки?

Вам в этом случае нужно начать с осесимметричного элемента. Закрепляете один узел по оси вращения. На этой простой модели вы сможете понять как закреплять и нагружать ваш цилиндр.

Или сделайте модель 1./4 цилиндра. И задайте условия симметрии и закрепите перемещение в одном узле по оси вращения. 

 

[AlexKaz 1 829]

А в сетке выше - 1 элемент по толщине.

 

[soklakov 1 477]

25.05.2023 в 14:28, Dima93 сказал:

Судя по напряжениям в этой модели было жесткое закрепление по наружной стенке со левой стороны, и относительно свободное с правой стороны.

А у вас с обоих концов крепление? 

 

Оно не даст телу расширяться, будут напряжения. Тело, подверженное, температурному расширению не должно иметь ограничений к этому расширению, иначе может сломаться.

 

24.05.2023 в 22:42, статист сказал:

Нужно просто ничего не задавать на дальнем конце.

А него задано, да?

[статист 609]

3 часа назад, soklakov сказал:

А него задано, да?

ага.

[Dima93 0]

У меня последний вариант такой - со стороны А запрещены радиальные перемещения (там за срезом смесительная головка и огневое днище), со стороны В запрещены осевые перемещения (там обрезано примерно по середине цилиндра), по бокам модели циклическая симметрия. Сверху на внешней стенке ничего.

 

Я с этими ГУ сделал совсем упрощенную модель, без внутреннего канала, но с соответствующим тепловым радиальным перепадом. И, самое главное, задачу поставил нелинейную. В свойствах бронзы указал пластичность и ввёл кривую напряжения-деформации. Получил примерно то, что надо. Деформации остались небольшие, а уровень напряжений снизился до разумных значений.

[soklakov 1 477]

57 минут назад, Dima93 сказал:

запрещены радиальные перемещения

Вряд ли.

 

57 минут назад, Dima93 сказал:

(там за срезом смесительная головка и огневое днище

Они может и жёсткие, но тоже греются - расширяются.

[статист 609]

27.05.2023 в 12:56, Dima93 сказал:

со стороны А запрещены радиальные перемещения

Если я правильно понял ваше ГУ это не даст стороне А тогда возможности расширяться и изгибаться. Мне кажется это неправильным

Изменено 28 мая 2023 пользователем статист