Термопрочность чугуна

[soklakov 1 475]

Для сравнения:

слева - Температурные ГУ, справа - конвективные (внутри вода, снаружи воздух).

Можно, конечно, предположить, что Вы уже решили задачу теплопроводности с учетом конвекции и называете температуры, как результат ее решения. Но верится мало.

Коль скоро приближение первое, увлекся упрощением геометрии, зато сетка симпатичная. Можно было бы и к осесимметричной задаче свести, поленился. Но эти упрощения куда менее важны, чем корректное распределение температуры.

Так что определяйтесь с ГУ.

[caper 5]

Здорово! Спасибо! Это какой модуль ansys?

тепловой расчет проводился какой-то фирмой. у меня в ТЗ температуры стенок. Внутри чугун ВЧ40. Снаружи либо земля, либо воздух.

То, что слева - это просто наложена температура на стенки, а то, что справа, там учитывается конвекция сред?

Материал заложен СЧ15?

У меня результат похож на левый случай. В правом случае, непонятно почему разница в 10 раз?

Изменено 21 июня 2012 пользователем caper

[soklakov 1 475]

Температуры на стенки можно приложить и в Static Structural. Конвекцию решать надо в Steady-State Thermal.

Материал задал СЧ15, но он не так сильно отличается от стали, как может показаться. Основной вопрос как будут распределены температуры.

Чугун СЧ40 внутри расплавлен? Какой он температуры?

Земля и воздух снаружи - два разных расчетных случая. Считать следует оба. Но Вы сказали, что тепловой расчет не Ваш, и Вам приказано брать его как верный.

Ну что ж, на такой толщине стенки градиент 850-200 даст большие напряжения. Для пущей точности не забудьте учесть температурные зависимости механических свойств. Вот только найти их может оказаться проблематично.

Мне по-прежнему не верится, что такой градиент температур реально воспроизвести. Бывает, что в документах написана чушь (отчет о тепловом расчете тоже документ). Но мы вынуждены им подчиняться. Вы выполняете расчет. Показываете, что допускаемые напряжения превышены, высказываете сомнения в верности теплового расчета и метаете стрелы на них. Они пересчитывают, там как пойдет. Может, он все-таки верный.

А разница на кратинках, потому что при разнице температур окружающих сред 850..200 - градиент температур в чугуне гораздо ниже. К примеру, если у Вас снаружи воздух и слабый теплоотвод, а внутри нечто очень горячее с хорошей теплопередачей, то вся труба будет очень горячей, но(!) с низким градиентом температур. А именно градиент температур порождает напряжения.

[caper 5]

спасибо за разъяснения.

Чугун заливают при температуре 1340С. В процессе разогрева (согласно тепловому расчету) примерно через три минуты установится искомый градиент (850-200С). Далее разогрев становится более равномерным и приходит к общей максимальной температуре 700С (потом месяц остывать будет). Рассчитать напряжения нужно именно в момент максимального градиента.

Изменение свойств чугуна при повышенных температурах известно: Е падает до 85000МПа, остальные характеристики примерно на одном уровне остаются.

"А разница на кратинках, потому что при разнице температур окружающих сред 850..200 - градиент температур в чугуне гораздо ниже" - не очень понятно какая разница какие среды при статическом анализе? и как в таком анализе конвекцию учитывать? Или правый случай это нестационарный расчет?

Изменено 22 июня 2012 пользователем caper

[soklakov 1 475]

Чугун заливают при температуре 1340С. В процессе разогрева (согласно тепловому расчету) примерно через три минуты установится искомый градиент (850-200С). Далее разогрев становится более равномерным и приходит к общей максимальной температуре 700С (потом месяц остывать будет). Рассчитать напряжения нужно именно в момент максимального градиента.

Вот. Это уже похоже на правду.

Изменение свойств чугуна при повышенных температурах известно: Е падает до 85000МПа, остальные характеристики примерно на одном уровне остаются.

Предел прочности не меняется? При 800 С? Сомнительно. Там ведь еще и пластичность какая-никакая появляется, скорее всего. Но решать, конечно, Вам. Что учитывать, а что нет.

не очень понятно какая разница какие среды при статическом анализе? и как в таком анализе конвекцию учитывать? Или правый случай это нестационарный расчет?

Конвекция учитывается в тепловом анализе. Стационарный он будет или нет, не важно. Я брал стационарный, поскольку раньше истории про заливку чугуна не было. Мне кажется, расчет должен выглядеть так:

С другой стороны, перерешивать тепловую задачу Вам не с руки. Коль скоро от всего распределения температур Вы оставляете себе только две температуры, то и решать можете задачу о цилиндрической трубе, потому что во всем остальном Вы соврете и если там увидите болльшие напряжения, то все равно проигнорируете.

[caper 5]

предел прочности тоже уменьшается, но, поскольку он и так берется ориентировочно исходя из толщины стенки, то оставляем 100МПа. Все же не понятно, почему во втором случае напряжения в 10 раз меньше? Там термические нагрузки те же? Каким образом учитывается конвекция в стационарном расчете?

Изменено 22 июня 2012 пользователем caper

[soklakov 1 475]

А наверняка ли он уменьшается? При нагреве чугун становится пластичнее, теперь концетраторы ему не так страшны.

Во втором случае другие термические нагрузки. Я же говорил.

Каким образом учитывается конвекция в стационарном расчете?

А в чем собственно проблема?

[caper 5]

Прочность уменьшается в любом случае. Другой вопрос, что прочность на растяжение уменьшается медленнее, чем прочность на сжатие. В литературе я находил графики зависимости прочности от температуры - всегда падает.

Я извиняюсь, не нашел где Вы упоминали про тепловые нагрузки в правом случае.

Прошу прощенья за мою неосведомленность, но никак не пойму, как в стационарном расчете (в расчете напряжений в определенный момент) учесть конвекцию? конвекция - это перемещение нагретых слоев вверх и замещение их более холодными, правильно? Как процесс перемещения учитывается в определенный момент? Или в правом случае Вы решали задачу прогрева кокиля во времени? Или я в корне чего-то не понимаю...

Изменено 22 июня 2012 пользователем caper

[soklakov 1 475]

Да, чего-то не понимаете.

Статический (а не стационарный) расчет на прочность предполагает не какой-то момент, а возможность пренебречь инерционными силами.

Стационарный тепловой (steady state) расчет предполагает предполагает установившееся распределение температур на бесконечном промежутке времени.

Все это имеет мало отношения к возможности учета конвекции. В тепловых расчетах конвекцию и потоки жидкости или газа можно заменить тепературой среды и коэффициентом теплопередачи, который будет включать в себя характер "обдува". И это может быть учтено как в стационарном расчете, так и при анализе переходного процесса.

[caper 5]

Спасибо за консультацию! Очень полезно. Про учет конвекции понятно. Можно уточнить: в правом случае какие температуры воды и воздуха заданы? Коэффициенты теплопередачи вода-чугун и чугун-воздух тоже задаются?

[soklakov 1 475]

caper , 800 и 200. Да, задаются. Но какая разница, у Вас другая задача и тепловой анализ у Вас уже выполнен. Или решились пересчитать?

[caper 5]

нет, пересчитывать нет необходимости. Я извиняюсь, но никак не пойму правого случая. Получается там задана температура воды 800С и воздуха 200С. Далее что происходит? расчет во времени или нет? считается прогрев корпуса?

[soklakov 1 475]

Далее идет стационарный тепловой расчет. После чего температурное распределение передается в статический прочностной расчет в качестве нагрузок.

[caper 5]

То есть в данном случае температуры стенок будут отличными от левого случая?

[soklakov 1 475]

Да.

[Fedor 1 597]

"общей максимальной температуре 700С " - при такой температуре сталь перестает сопротивляться и становится пластичной. Это свойство железа, так что возможно и чугун становится более пластичным, так как в нем только больше углерода чем в стали, а это ослабит значение концентраторов и поднимет предел прочности на растяжение у чугуна ...