Определение термомеханического состояния стержня переменного сечения находящейся под воздействием теплового потока, теплообмена и теплоизоляции Кудайкулов А.К.1, Ташев А.А.1,Аринов Е.3, Аршидинова М.Т.1,2, Бегалиева К.Б.1,2
1Институт информационных и вычислительных технологий КН МОН РК 2Казахский Национальный Университет имени Аль-Фараби 3Жезказганский Государственный Университет имени О.А.Байконурова Abstract Рассматривается горизонтальный стержень ограниченной длины. Радиус стержня меняется линейно по ее длине. Площадь поперечного сечения левого конца больше правой. Боковая поверхность исследуемого стержня полностью теплоизолирована. На площадь поперечного сечения левого конца подводится тепловой поток. Через площадь поперечного сечения правого конца стержня происходит теплообмен с окружающей средой. В работе определяются поле распределения температуры, перемещения, три составляющие деформации и напряжения при условии, что оба конца стержня жестко закреплены. А так же, определяется величина удлинения стержня при закреплении одного конца стержня и когда другой – свободен. В случае закреплении двух концов стержня вычисляется так же величина возникающего осевого сжимающего усилия. При исследовании стержня использовался фундаментальный законы сохранения энергии.
Keywords Удлинение, осевая сила, сечения, температура, перемещение, деформация, напряжение.
Introduction Многие несущие элементы газогенераторных, атомных и тепловых электростанций, реактивных двигателей и перерабатывающей промышленности являются стержнями переменного сечения. Для обеспечения надежной работы этих оборудований необходимо обеспечить термопрочность несущих элементов в виде стержней переменного сечения, которые работают при одновременном воздействии разнородных видов источников тепла. Из-за переменности сечения в таких стержнях возникают нелинейные термомеханические процессы. Для исследования природы таких процессов рассмотрим горизонтальный стержень ограниченной длины, переменного сечения. При этом радиус сечения меняется линейно по длине исследуемого стержня, т.е. , , где – длина стержня, . Площадь поперечного сечения стержня меняется нелинейно по длине стержня следующим образом [см2]. Боковая поверхность исследуемого стержня по всей длине тепло-изолирована. На площадь поперечного сечения левого конца стержня , подводится тепловой поток с постоянной интенсивностью . Через площадь поперечного сечения правого конца стержня происходит теплообмен с окружающей средой. При этом коэффициент теплообмена , температура окружающей среды Тос[0K] физико-механические свойства материала стрежня характеризуется коэффициентом теплового расширения , теплопроводность и модуль упругости . Схема исследуемого стержня приводится на рисунке 1.