Дисертації (ДММОМ)

Постійне посилання зібрання

У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.

Переглянути

Нові надходження

Зараз показуємо 1 - 12 з 12
  • ДокументВідкритий доступ
    Напружено-деформований стан тонкостінних оболонок реактора ВВЕР-1000 при максимальній проєктній аварії
    (КПІ ім.Ігоря Сікорського, 2023) Іщенко, Олексій Антонович; Крищук, Микола Георгійович
    Дисертація присвячена дослідженню поведінки шахти внутрішньокорпусної реактору типу ВВЕР-1000 під час протікання однієї з найбільш уразливих для внутрішньокорпусних пристроїв реактора – максимальної проєктної аварії. Створена теплогідравлічна модель реакторної установки ВВЕР-1000. Отримано розподіл тиску в часі для перших мілісекунд максимальної проектної аварії. Спрощену модель шахти представлено двовимірною циліндричною оболонкою. Для обґрунтування спрощеної моделі проведено модальний аналіз деталізованої конструкції шахти та її цифрового прототипа-аналога. Розраховано власні частоти та форми коливань цифрового прототипа-аналога конструкції шахти та деталізованої моделі конструкції шахти з визначеними граничними умовами різного типу. Отримано динамічний відгук по кожній формі коливань. Встановлено максимальні переміщення, згинні та мембранні напруження оболонки під час дії МПА. Оцінка міцності конструкції шахти проведена за двокритеріальним підходом згідно норм ПНАЕ. Зміст роботи складається з чотирьох розділів, у яких викладено та обґрунтовано основні результати дисертації. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та задачі дослідження, описано методи дослідження, надана інформація про наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. У першому розділі проведено огляд наукових джерел, що стосуються історії зафіксованих аварійних ситуацій під час експлуатації АЕС та опис дослідження недопущення таких ситуацій. Розглянуто основні типи проєктних аварій водо-водяних реакторів. Показано історію вивчення максимальної проєктної аварії та її впливу на реакторну установку в цілому. Визначено, що однією з найбільш ризикових конструкцій реактора ВВЕР-1000 під час такої аварії може бути шахта внутрішньокорпусна. Розглянуто стан вивчення і проаналізовано існуючі методи визначення навантажень, які можуть виникати під час максимальної проєктної аварії в ядерній енергетичній установці. Визначено, що найбільш консервативним інструментом для цього є CFD розрахунки, показано порівняння таких розрахунків у інших дослідників. Схематизовано шахту внутрішньокорпусну як циліндричну оболонку через її невелику товщину порівняно з довжиною та радіусом. Проведено літературний огляд вивчення коливань оболонок, показано ті теорії коливань, що найчастіше застосовували на практиці. Розглянуто основні алгоритми знаходження власних частот коливань конструкцій, показана проблема використання деяких методів з точки зору точності при їх меншій складності в реалізації. На основі цього аналізу обґрунтовані основні напрямки досліджень, що розглянуті у дисертаційній роботі. У другому розділі представлено реалізацію методики по визначенню власних частот і форм коливань конічної оболонки, описаної рівняннями на основі теорії Доннелла-Муштарі. Частковим випадком конічної оболонки є циліндрична оболонка (при відсутності кута нахилу бічної поверхні оболонки). Показано формування системи рівнянь аналітичної моделі оболонки, враховуючи рівняння рівноваги, фізичні та геометричні рівняння. Описано методику отримання звичайних диференціальних рівнянь восьмого порядку вихідних невідомих, таких як внутрішні сили, моменти, деформації за апроксимацією у тригонометричних рядах. Описано жорсткісні, силові та кінематичні граничні умови оболонки, показано збіжність результатів комбінацій граничних умов для експериментальних та літературних даних. Реалізацію алгоритмів розв’язування системи звичайних диференціальних рівнянь з поліноміальною апроксимацією шуканих функцій та використанням методу початкових параметрів виконано у програмному комплексі MATLAB, Надано опис введення кінематичних та жорсткісних граничних умов в розрахункову схему та програмний код. Для точного знаходження власних частот коливань оболонок модифіковано алгоритм Вільямса-Віттрика, що був раніше розроблений для стержневих систем та фермових систем. Такий алгоритм дозволяє знаходити точне число власних частот коливань конструкцій оболонок з різними типами граничних умов на заданому діапазоні. Реалізація цього методу передбачає вираження матриці жорсткості отриманої за методом початкових параметрів в матрицю динамічної жорсткості і перетворення у діагональну методом Гауса. Для врахування внутрішніх зусиль в оболонці, таких як внутрішній та зовнішній тиск, осьова сила, частота обертання та згинний момент, реалізовано модернізацію одного з вихідних рівнянь. Створений чисельний алгоритм для пошуку власних частот коливань оболонок порівняно з експериментальними та літературними даними. Встановлена хороша збіжність результатів розрахунків. У третьому розділі описано розроблену методику розрахунку перепадів тиску в шахті внутрішньокорпусній реактору типу ВВЕР-1000 під час протікання МПА. Для дослідження нестаціонарних процесів протікання МПА створено теплогідравлічну модель. Чисельні розв’язки нестаціонарних початково-крайових задач гідромеханіки для реакторної установки проведено із застосуванням розробленої теплогідравлічної моделі реакторної установки, геометрична конфігурація якої обмежена впускною та опускною зонами реактора ВВЕР-1000, а також його патрубками. Початкові умови для теплогідравлічної моделі реакторної установки при МПА сформовані за результатами розв’язку стаціонарної задачі гідромеханіки для типового режиму експлуатації РУ ВВЕР-1000. Описано граничні умови для стаціонарної та нестаціонарної задачі. Показано ступінь необхідної дискретизації сітки скінченних об’ємів, наведено збіжність чисельних розв’язків з контрольованими параметрами. Для коректного розв’язку задачі побудована двофазна модель турбулентності Special Phase Change Model (SPCM) в програмному коді ANSYS. За результатами розрахунку наведено динаміку розгерметизації конструкцій реактора впродовж 1 секунди, при якій криза течії не дає знизити тиск до атмосферного, створюючи «парову подушку». Найбільші перепади тиску на поверхні ШВК є протягом перших 0.1 секунд аварії і складають до кількох МПа. Просторово-часові епюри тисків необхідні для подальшого застосування при знаходженні величин сил та моментів. Визначено напружено-деформований стан циліндричної оболонки ШВК при МПА. Для динамічних розрахунків деформованого та напруженого стану оболонки ШВК при МПА використано метод модальних координат та інтеграл Дюгамеля, методика якого описана в даному розділі. Четвертий розділ роботи присвячено використанню наближеної розрахункової схеми оболонки ШВК (математичний опис якої наведено у другому розділі), що провалідована із деталізованою розрахунковою схемою (створеної в програмному коді ANSYS). Порівняння цих двох моделей показало хорошу збіжність результатів при малих частотах, які і використовуються в розрахунках НДС оболонки ШВК при дії МПА. Переміщення оболонки ШВК при дії МПА у часі отримано за методикою описаною в третьому розділі: використали розраховані перші чотири значення частот коливань, тобто тих, що забезпечують найменшу похибку; з теплогідравлічної моделі описаної в третьому розділі використано перепади тиску у часі і підставлено в якості граничних умов для оболонки ШВК. Отримано максимальні радіальні переміщення в ШВК, які було порівняно із зазором між ШВК та корпусом реактора. Показано, що максимальні переміщення складають 12.5 мм і не можуть перекрити зазор для протоку теплоносія, що становить 190 мм. Подальша оцінка НДС ШВК була виконана для двох зон ШВК – нижньої (опроміненої, через те що знаходиться навпроти активної зони реактора) і верхньої (неопроміненої). Такий умовний поділ необхідний для врахування в нижній зоні деградації матеріалу через опромінення: граничне значення тріщиностійкості, границі текучості та границі міцності. Показано розраховані екстремальні величини мембранних та згинних напружень для обох частин шахти, вказано час і переріз оболонки за просторовими координатами. Отримані величини напруження оболонки ШВК використані в подальшому розрахунку крихкої міцності та граничного пластичного стану. Згідно ПНАЕ постульовано тріщини з розмірами a=0.25·h, a/c=0.3, як в коловому так і в осьовому напрямку, на зовнішній та внутрішній поверхні оболонки шахти внутрішньокорпусної. Оцінка тріщин в шахті проведена за двокритеріальним підходом руйнування, побудовано діаграми оцінки руйнування для верхньої та нижньої частин. Показано, що вірогідне руйнування шахти при МПА для верхньої частини конструкції є в’язким, а для нижньої частини – крихким, а всі коефіцієнти запасу міцності становлять більше 1.
  • ДокументВідкритий доступ
    Напружено-деформований стан зварних з’єднань за електродинамічної обробки
    (КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Устименко, Павло Романович; Сидоренко, Юрій Михайлович
    Устименко П.Р. Напружено-деформований стан зварних з’єднань за електродинамічної обробки. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 13 – Механічна інженерія за спеціальністю 131 – Прикладна механіка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023. Дисертація присвячена дослідженню впливу електродинамічної обробки (ЕДО), зокрема її динамічної складової, за різних технологічних режимів на напруженодеформований стан (НДС) модельного стикового зварного з’єднання з алюмінієвого сплаву АМг6 за допомогою розроблених математичного та експериментальних методів. Чисельним методом було проведено оцінку впливу швидкості руху електрода-ударника, його форми, величини початкового розтягу модельного зварного з’єднання; використання між місцем обробки та електродом-ударником мідної підкладки-посередника та впливу підвищених температур на напруженодеформований стан з’єднання. Експериментальними методами було проведено визначення параметрів НДС модельного зварного з'єднання при застосуванні ЕДО в умовах попереднього підігріву та при застосуванні ЕДО в процесі його створення. Зміст роботи складається з чотирьох розділів, у яких викладено та обґрунтовано основні результати дисертаційної роботи. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, поставлені мета та задачі дослідження, наведені методи дослідження, сформульовані наукова новизна та практична цінність. У першому розділі показана актуальність проблеми виникнення та керування залишковими напруженнями у зварних з’єднаннях. На основі проведеного літературного огляду наведено основні методи визначення напруженодеформованого стану у машинобудівних конструкціях. Розглянуто існуючі методи регулювання напружено-деформованого стану у зварних з’єднаннях, і визначено, що одним з перспективних методів регулювання є електродинамічна обробка. Показано сучасний стан методів математичного моделювання, що дозволяють визначати напружено-деформований стан конструкцій та оцінювати ефективність методів його регулювання, зокрема електродинамічної обробки та її динамічної складової як окремої частини. На основі проведеного огляду сформульовано мету та задачі дослідження. Другий розділ присвячено опису створення методу визначення напруженодеформованого стану модельного стикового зварного з’єднання за дії динамічної складової електродинамічної обробки на основі математичної моделі процесу ударної взаємодії електрода-ударника зі з’єднанням у двовимірних та тривимірній постановках. Методом скінченних елементів у вигляді явного динамічного аналізу з використанням лагранжевого підходу розв'язувалася система рівнянь, що описує поведінку суцільного середовища під дією зовнішнього навантаження, зокрема рівняння збереження енергії, рівняння нерозривності, збереження кількості руху середовища, а також співвідношення пластичної течії Прандтля-Рейсса. Математичною моделлю матеріалів, що описує їх ударну взаємодію, було прийнято ідеально пружно-пластичну модель. Експериментально визначено механічні характеристики алюмінієвого сплаву АМг6 для задання параметрів математичної моделі матеріалу зварного з'єднання (модельних пластин). Проведено оцінку точності розробленого методу визначення НДС модельного стикового зварного з’єднання в умовах її ударної взаємодії з електродом-ударником на швидкостях до 10м/с шляхом порівняння з експериментальними даними динамічної складової електродинамічної обробки ненапруженої модельної пластини з АМг6. Встановлено, що середнє відхилення експериментальних та математичних результатів не перевищує 15%. Окремо було розглянуто питання впливу розміру скінченного елемента та геометричних розмірів модельного зварного з'єднання на точність отриманих результатів у порівнянні з даними експерименту. В третьому розділі дисертаційної роботи на основі створеного методу представлено математичну оцінку впливу на напружено-деформований стан модельного зварного з'єднання таких параметрів технологічного процесу електродинамічної обробки як початкова швидкість електрода-ударника, його форма, використання мідної підкладки-посередника, початкових напружень розтягу та температури. З метою оцінки впливу початкової швидкості електрода-ударника та його форми на НДС модельного зварного з'єднання після застосування ударної складової ЕДО розглядалася задача ударної взаємодії на швидкості від 1м/с до 10м/с зварного з'єднання з АМг6 товщиною 4мм і електрода-ударника вісесиметричної (циліндричної) форми з округлою формою торцевої поверхні та електрода-ударника у формі чотирикутної призми зі округленою боковою поверхнею. За результатами проведених досліджень встановлено математичні залежності, що описують тривалість контакту між тілами в залежності від швидкості їхньої взаємодії, встановлено особливості формування по товщині з'єднання зони ефективних пластичних деформацій і відповідно розподілу значень компонент напруженого стану σx та σy. Визначено, що ефективний вплив ударної обробки (динамічна складова ЕДО) на початкові значення компонент напружень розтягу як σx так і σy, що виникають у зварному з'єднанні, формується у випадку використання електрода-ударника вісесиметричної (циліндричної) форми з округлою формою торцевої поверхні на швидкості 5…10м/с. З метою оцінки впливу мідної підкладки-посередника, встановленої між модельним зварним з'єднанням та електродом-ударником, на НДС з'єднання після застосування ударної складової ЕДО розглядалася задача ударної взаємодії на швидкості 5м/с електрода-ударника вісесиметричної (циліндричної) форми з округлою формою торцевої поверхні, мідної підкладки-посередника товщиною 1мм та модельного зварного з'єднання з АМг6 товщиною 4мм. За результатами проведеної роботи набула подальшого розвитку методика оцінки впливу використання мідної підкладки-посередника на формування залишкових напружень у зварних з'єднаннях після електродинамічної обробки та було встановлено, що її використання дозволяє за рахунок перерозподілу та зменшення величини пластичних деформацій по контактній поверхні з'єднання зі збереженням характеру розподілу напружень по його товщині зменшити як глибину вм'ятини в з'єднанні на 20…30%, так ї величину опуклості лицьової поверхні з'єднання більш ніж у 3 рази. З метою оцінки впливу початкового розтягу модельного зварного з'єднання на її НДС після застосування ударної складової ЕДО розглядалася задача ударної взаємодії на швидкості 5м/с електрода-ударника вісесиметричної (циліндричної) форми з округлою формою торцевої поверхні та модельного зварного з'єднання з АМг6 товщиною 4мм до якого прикладалося початкове напруження розтягу у двох напрямках: 1. перпендикулярно лінії зварного шва зі значеннями напруження σx=0, 50, 100 та 150МПа. 2. вздовж лінії зварного шва зі значенням σy=50МПа , яке створювалося у з'єднанні одночасно з напруженням σx=150МПа. За результатами проведеного дослідження встановлено закономірності, що описують за лінійним законом зміну значень тривалості контакту між тілами, глибини вм'ятини в з'єднанні та ефективних пластичних деформацій на лицьовій і тильній поверхнях з'єднання по лінії удару від величини початкових напружень розтягу. Встановлено, що збільшення величини початкових напружень розтягу модельного зварного з'єднання σx до 150МПа не змінює значення радіусу вм’ятини в ньому, вирівнює розподіл значень ефективних пластичних деформацій по товщині з'єднання, але знижує підсумкові значення компонент напружень НДС до 30%. Додавання до компоненти початкового розтягу модельного зварного з'єднання σx, що дорівнює 150МПа, іншої компоненти НДС σy зі значенням 50МПа має несуттєвий вплив на зміну НДС з'єднання. З метою оцінки впливу температури модельного зварного з'єднання на його НДС після застосування ударної складової ЕДО розглядалася задача ударної взаємодії на швидкості 5м/с електрода-ударника вісесиметричної (циліндричної) форми з округлою формою торцевої поверхні та модельного зварного з'єднання з АМг6 товщиною 4мм температура якого змінювалася від 20ºС до 150ºС і вище до 300ºС. З експериментальних даних відомо, що збільшення температури зварного з'єднання з алюмінієвого сплаву АМг6 супроводжується зміною механічних характеристик матеріалу та величини початкових напружень у з'єднанні. Таким чином, розв'язок поставленої задачі проводилося за допомогою розробленого методу шляхом врахування в математичній моделі процесу значень відповідних параметрів. За результатами проведених досліджень показано, що незважаючи на суттєве зростання ширини та глибини вм'ятини у модельному зварному з'єднанні, збільшення величини його початкової температури до 300ºС в процесі ударної взаємодії з електродом-ударником циліндричної форми дозволяє в зоні обробки (в межах контуру поперечного перерізу ударника) ефективно регулювати початкові зварні напруження шляхом їх перетворення в практично рівномірний розподіл напружень стиску. У четвертому розділі наводиться експериментальна оцінка ефективності застосування електродинамічної обробки стикових зварних з’єднань зі сплаву АМг6 в умовах підвищених температур. Запропоновано методику локального підвищення температури готового зварного з’єднання за допомогою технологічного фену та контролю значення температури інфрачервоним термометром для дослідження електродинамічної обробки при температурі 150°С. Встановлено, що електродинамічна обробка центру зварного з’єднання в умовах його супутнього підігріву є більш ефективною для регулювання залишкових напружень в центрі шва і менш ефективною – по лінії сплавлення у порівнянні з електродинамічною обробкою без підігріву. Досліджено електродинамічну обробку стикового зварного з’єднання пластини з АМг6 в процесі зварювання при температурі 150°С шляхом проведення обробки на певній відстані за зварювальним пристроєм. Доведено, що застосування електродинамічної обробки металу шва, яка виконується в єдиному процесі синхронно із дуговим зварюванням, є більш ефективним у порівнянні із роздільною ЕДО після зварювання, що виражається в більш рівномірному розподілі значень параметрів залишкового напруженодеформованого стану готового зварного з’єднання на тлі більшого (до 70…80%) зниження рівня залишкових зварювальних напружень розтягу в шві. Доведено, що ЕДО зразків стикових з'єднань зі сплаву АМг61 в процесі зварювання підвищує точність їх виготовлення, що характеризується зниженням рівня їх залишкового поздовжнього жолоблення у порівнянні із ЕДО після зварювання.
  • ДокументВідкритий доступ
    Міцність та деформівність систем остеосинтезу з урахуванням властивостей ушкодженої кісткової тканини та її штучних замінників
    (КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022) Мусієнко, Ольга Станіславівна; Пискунов, Сергій Олегович
  • ДокументВідкритий доступ
  • ДокументВідкритий доступ
  • ДокументВідкритий доступ
    Малоциклова втома поверхнево зміцнених конструктивних елементів з врахуванням пошкоджуваності
    (2020) Бабак, Антон Миколайович; Бобир, Микола Іванович
  • ДокументВідкритий доступ
  • ДокументВідкритий доступ
    Деформівність систем остеосинтезу кінцівок з врахуванням виду навантажень
    (2019) Димань, Маріанна Михайлівна; Шидловський, Микола Сергійович
  • ДокументВідкритий доступ
  • ДокументВідкритий доступ
    Динаміка і міцність наносупутника Polyitan-2-SAU на етапі виведення на орбіту
    (2018) Рибалка, Антон Олексійович; Цибенко, Олександр Сергійович
  • ДокументВідкритий доступ
    Малоциклова втома елементів конструкцій з урахуванням пошкоджуваності
    (2018) Коваль, Віктор Вікторович; Бобир, Микола Іванович
  • ДокументВідкритий доступ
    Напружено-деформований стан біомеханічних систем металлоостеосинтезу
    (2016) Єщенко, Віктор Олексійович; Крищук, Микола Георгійович; динаміки і міцності машин та опору матеріалів; Механіко-машинобудівний інститут; Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"