Особенности тензометрических исследований термонагруженного энергетического оборудования в условиях высоких температур и деформаций

Цель работы — решение задач построения схем и моделей учета особенностей проведения натурных тензометрических исследований конструкций, эксплуатируемых при температурах до 550 °C, в элементах которых могут возникать местные упругопластические деформации. Для их решения использованы результаты тензометрических исследований теплообменного аппарата, элементы которого подвергаются интенсивным тепловым воздействиям со стороны жидкометаллического теплоносителя с переменной температурой. На основании выполненного анализа предложены схемы построения измерительных систем, использующиеся на различных этапах исследований и позволяющие применять аппаратуру с альтернативными методами питания тензорезисторных преобразователей. Альтернативные схемы построения измерительной системы обеспечивают получение данных об изменении метрологических характеристик первичных преобразователей непосредственно в процессе натурного эксперимента. При этом используется принцип зависимости величины рассеяния температурных характеристик тензорезисторов от изменения температурных составляющих их выходных сигналов. Построена математическая модель ползучести тензорезисторов при высоких температурах. Она основана на результатах, позволивших обосновать экспоненциальную модель изменения неинформативного выходного сигнала, связанного с ползучестью. Обоснована методика определения ползучести тензорезисторов, которая базируется на измерении выходных сигналов при циклически изменяющейся деформации. Предложены алгоритмы учета погрешностей, связанных с ползучестью тензорезисторов в условиях нестационарного теплового нагружения исследуемого теплообменного аппарата. Данные исследований позволили выполнить корректировку экспериментально полученных функций изменения напряженного состояния исследуемой конструкции. Результаты проведенной работы обеспечили повышение достоверности оценки прочности и ресурса конструкций энергетического машиностроения, выполняемой на основе проведенных натурных исследований.

1. Алексеева М. С., Алимов М. А., Архипов В. Е. и др. Исследования и обоснование прочности и безопасности машин. — М.: Знание, 2023. — 832 с. EDN: GKLXLB

2. Албагачиев А. Ю., Алексеева С. И., Ахметханов Р. С. и др. Прочность, ресурс, живучесть и безопасность машин. — М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2019. — 576 с. EDN: UCBZJZ

3. Махутов Н. А., Матвиенко Ю. Г., Романов А. Н. и др. Проблемы прочности, техногенной безопасности и конструкционного материаловедения. — М.: Ленанд, 2018. — 720 с. EDN: YPBGTB

4. Божко В. В., Коваленко А. Н., Ляпунов В. М., Хоменок Л. А. Эксплуатационная диагностика теплового состояния и экономичности паровых турбин ТЭС И АЭС / Теплоэнергетика. 2016. № 5. С. 45 – 55. EDN: VRYZIT. DOI: 10.1134/S0040363616030036

5. Волков И. А., Игумнов Л. А., Шишулин Д. Н., Пичков С. Н. Оценка ресурсных характеристик деталей энергооборудования при термоциклическом нагружении / Проблемы прочности и пластичности. 2023. № 1. С. 96 – 119. EDN: BUNSFA. DOI: 10.32326/1814-9146-2023-85-1-96-119

6. Сызранцев В. Н., Сызранцева К. В. Расчетно-экспериментальная методика оценки остаточного ресурса газопровода по усталостной прочности / Известия томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2019. № 12. С. 64 – 74. EDN: DCTLYB. DOI: 10.18799/24131830/2019/12/2393

7. Razumovskii I. A., Chernyatin A. S., Fomin A. V. Experimental-Computational Methods for Determination the Stress-Strain State of Structural Components / Inorganic Materials. 2014. Vol. 50. N 15. P. 1528 – 1536. EDN: UFIVLJ. DOI: 10.1134/S0020168514150151

8. Маслов С. В. Исследование напряженного состояния действующего оборудования методом тензометрии для уточнения условий прочности и ресурса / Машиностроение и инженерное образование. 2021. № 3 – 4(67). С. 16 – 27. EDN: NFLARX

9. Баутин А. А. Мониторинг элементов авиационных конструкций по данным тензометрии / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 1. Ч. I. С. 57 – 63. EDN: YWVSFF. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-1-I-57-63

10. Маслов С. В. Применение натурной тензометрии для исследования напряженного состояния нового энергетического оборудования / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 1. С. 64 – 74. EDN: IZFRNX. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-12-64-74

11. Дайчик М. Л., Пригоровский Н. И., Хуршудов Г. Х. Методы и средства натурной тензометрии: Справочник. — М.: Машиностроение, 1989. — 240 с.

12. Hoffmann Karl. An Introduction to Measurements using Strain Gage. — Darmstadt: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, 1989. P. 291.

13. Klokova N. P. Strain gauges. Theory, calculation methods, developments. — Moscow: Mashinostroenie, 1990. — 224 p. [in Russian].

14. Klymov M. V., et al. Reliability of strain gauge measurements to clarify the strength of structures at high temperatures / IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020. V. 747(1). 01202.

15. Власов Д. Д., Полилов А. Н. Возможность предсказания ползучести вязкоупругих полимерных композитов на основе частотных зависимостей компонент комплексного модуля / Механика композитных материалов. 2022. № 1. С. 43 – 58. EDN: YNYZYZ. DOI: 10.22364/mkm.58.1.03

16. Конурин Д. В., Пичков С. Н., Шишулин Д. Н. Оценка влияния температурного воздействия на показания приклеиваемых тензорезисторов для испытаний при 300 °C / Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. 2015. № 3. С. 14 – 218. EDN: UKWRLJ