1211

10.Для различных режимов работы запорной арматуры и температур рабочей среды провести оценку влияния величины торцевого давления герметизации и высоты уплотнительного кольца на распределение инвариантов тензора напряжений. Сформулировать рекомендации для инженеров-конструкторов по учету наиболее важных факторов, влияющих на начальную прочность.

11.Задав герметизирующее давление на одной из торцевых поверхностей и отсутствие перемещений на другой, решить задачи об осадке толстостенных трансверсально-изотропных цилиндров. Определить перемещения точек внутренней боковой поверхности УЭ при ограничении в радиальном направлении перемещений точек, принадлежащих внешней боковой поверхности, и одновременном свободном скольжении в окружном и осевом направлениях. Определить перемещения точек внешней боковой поверхности УЭ при ограничении в радиальном направлении перемещений точек, принадлежащих внутренней боковой поверхности, и одновременном свободном скольжении в окружном и осевом направлениях. Сформулировать допуски на внутренний и внешний диаметры УЭ.

6.4.Перечень ожидаемых научных и прикладных результатов

При выполнении индивидуальной научно-исследовательской работы предполагается:

−дать теоретическую оценку анизотропных упругих модулей графита и графена с использованием атомистического подхода;

−определить анизотропные коэффициенты теплого расширения графита в рабочем диапазоне температур от –20 до +400 °C;

−разработать математическую модель механического поведения колец из наноструктурированного ТРГ при их эксплуатации

вкранах с уплотнением по штоку;

−получить новые результаты численного моделирования, описания и исследования механического поведения наноструктурированного ТРГ в уплотнительных кольцах, позволяющие определить

51

оптимальные давления герметизации и допуски на геометрические размеры, провести оценку влияния условий на поверхности контакта на напряженно-деформированное состояние;

−подготовить графическое представление результатов, иллюстрирующих распределение контактного давления на внутренней поверхности вдоль осевой координаты, а также инвариантов тензора напряжений в поперечных сечениях при торцевых давлениях герметизации, высоте уплотнительных колец, различных режимах работы запорной арматуры и температурах рабочей среды;

−определить расположение областей, наиболее опасных с точки зрения начала разрушения по различным механизмам; провести оценку начальной прочности, обосновать рекомендации по внесению изменений в существующие конструкции изготавливаемых крупносерийными партиями УЭ из наноструктурированного ТРГ, которые используются в кранах с уплотнениями по штоку.

6.5. Требования к оформлению и способам представления результатов и сроки выполнения работы

Результаты исследования необходимо представить в виде научной статьи. Выбор издания должен быть осуществлен совместно с научным руководителем. В приложении должен быть приведен пример оформления рукописи статьи для научного журнала «Физическая мезомеханика», в которой содержатся результаты решения части задач проведенного исследования.

Сроки выполнения исследований соответствуют периоду обучения в магистратуре по направлению 150600.68 «Материаловедение и технология новых материалов» (магистерская программа «Механика композиционных материалов и конструкций»). Основная часть результатов должна быть получена в 9–10-м семестрах во время предусмотренной образовательной программой индивидуальной научно-исследовательской работы. Эти результаты можно рассматривать как основу магистерской диссертации.

52

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, при выполнении индивидуальной научноисследовательской работы магистранты расширят знания в области механики деформируемого твердого тела, теории упругости анизотропных сред, термодинамики, механики композиционных материалов и конструкций, научатся применению дискретных подходов

вматематическом моделировании поведения кристаллических материалов и оценки их физико-механических свойств, расчетов на прочность; познакомятся с эффективными численными методами решения связанных задач термоупругого деформирования анизотропных цилиндрических тел и освоят современные методы прочностного анализа; получат практические навыки обоснования выбора темы исследования, определения путей численного решения методом конечных элементов в пакете ANSYS 12.0 задач по проектированию колец из наноструктурированного терморасширенного графита при их эксплуатации в кранах с уплотнением по штоку; приобретут опыт

впроведении теоретических исследований и оформлении их результатов в виде научной статьи, представляемой для публикации в ведущем отечественном рецензируемом научном журнале.

Ссовременным состоянием исследований в области проектирования и прочностного анализа уплотнительных элементов из наноструктурированного ТРГ, а также с результатами, полученными ведущими отечественными и зарубежными научными коллективами, можно познакомиться при работе с базами данных:

www.elibrary.ru,

www.sciencedirect.com,

www.springerlink.com,

www.nature.com,

размещенными в сети Internet и содержащими рефераты, полные тексты научных статьей и ссылки на научные отчеты.

53

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Способ получения терморасщепленного графита: пат. 2118942 Рос. Федерации / О.Ю. Исаев, В.П. Лепихин, Д.В. Смирнов, И.В. За-

харов, № 97107964/25; заявл. 15.05.97; опубл. 20.09.98.

2.Модифицированные уплотнения из терморасширенного гра-

фита / М.Ю. Белова [и др.] // Арматуростроение. – 2006. – № 3. –

С. 67–71.

3.Уплотнения из терморасширенного графита: условия безопасного применения в среде жидкого и газообразного кислорода / М.Ю. Белова [и др.] // Арматуростроение. – 2006. – № 2. – С. 70–75.

4.Фиалков А.С. Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе. – М.: Аспект-Пресс, 1997. – 720 с.

5.Вильдеман В.Э., Соколкин Ю.В., Ташкинов А.А. Механика неупругого деформирования и разрушения композиционных материа-

лов. – М.: Наука, 1997. – 288 с.

6.Вильдеман В.Э. Моделирование процессов деформирования

иразрушения композитов. Ч. 1. Модели накопления повреждений. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2000. – 76 с.

7.БасовК.А. Ansys: справочник пользователя. – М.: ДМК Пресс, 2005. – 640 с.

8.Каплун А.Б., Морозов Е.Б., Олферьева М.А. Ansys в руках инженера: практ. рук-во. – М.: Едиториал УРСС, 2003. – 272 с.

9.Чигарев А.В., Кравчук А.С., Смалюк А.Ф. Ansys для инженеров: справ. пособие. – М.: Машиностроение, 2004. – 512 с.

10.Басов К.А. Ansys в примерах и задачах. – М.: Компьютер-

Пресс, 2002. – 224 с.

11.Котов А.Г. САПР изделий из композиционных материалов. Моделирование процессов деформирования и разрушения в среде ANSYS. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. – 351 с.

12.Свойства конструкционных материалов на основе углерода: справочник / В.Г. Нагорный [и др.]; под ред. В.П. Соседова. – М.: Металлугргия, 1975. – 336 с.

54

13.Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. – М.:

Наука, 1977. – 416 с.

14.Черных К.Ф. Введение в анизотропную упругость. – М.:

Наука, 1988. – 190 с.

15.Димитриенко Ю.И. Тензорное исчисление. – М.: Высш. шк., 2001. – 575 с.

16.Поздеев А.А., Трусов П.В., Няшин Ю.И. Большие упругопластические деформации: теория, алгоритмы, приложения. – М.:

Наука. 1986. – 232 с.

17.Метод молекулярной динамики в физической химии / под ред. Ю.К. Товбина. – М.: Наука, 1996. – 334 с.

18.Кривцов А.М. Деформирование и разрушение твердых тел

смикроструктурой. – М.: Физматлит, 2007. – 304 с.

19.Зубко И.Ю., Трусов П.В. Определение упругих постоянных ГЦК-монокристаллов с помощью потенциала межатомного взаимодействия // Вестник ПНИПУ. Механика. – Пермь, 2011. – № 1. –

С. 147–169.

20.Вывод упругого закона монокристаллов металлов из потенциала межатомного взаимодействия / И.Ю. Зубко [и др.] // Вестник ННГУ им. Н.И. Лобачевского. – 2011. – № 4, ч. 5. – С. 2181–2183.

21.Беляев Н.М., Рядно А.А. Методы теории теплопроводности. –

М.: Высш. шк., 1982. – 327 с.

22.Термопрочность деталей машин / И.А. Биргер [и др.]. – М.: Машиностроение, 1975. – 455 с.

23. Колтунов М.А., Васильев Ю.Н., Черных В.А. Упругость и прочность цилиндрических тел. – М.: Высш. шк., 1975. – 526 с.

55

Учебное издание

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В МЕХАНИКЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ:

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И УТОЧНЕННЫЙ ПРОЧНОСТНОЙ АНАЛИЗ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

ИЗ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО ТЕРМОРАСШИРЕННОГО ГРАФИТА

Методические указания

Составители:

Зайцев Алексей Вячеславович Зубко Иван Юрьевич

Корректор Е.Б. Денисова

Подписано в печать 3.06.13. Формат 60×90/16. Усл. печ. л. 3,5. Тираж 100 экз. Заказ № 124/2013.

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета.

Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113.

Тел. (342) 219-80-33.