Математическое моделирование и численное исследование зависимости термонапряженного состояния стержня от коэффициента теплообмена при наличии температуры постоянной интенсивности

Abstract

В статье на основе энергетических принципов разработана математическая модель термонапряженно- деформированного состояния стержня из жаропрочного сплава. Энергетический принцип ориентиро- ван на минимизацию потенциальной энергии упругих деформаций с применением метода квадратич- ного конечного элемента с тремя узлами. Стержень ограниченной длины и жестко защемлен с обоих концов. Боковая поверхность участков (0 � x � L/3) и (2L/3 � x � L) стержня теплоизолированная. Через площадь поперечных сечений обоих концов данного стержня происходит теплообмен с окружа- ющими их средами. На серединном участке стержня (L/3 � x � 2L/3) дана температура постоянной интенсивности T = const = 800 ◦C. Исследовано влияние коэффициента теплообмена на термонапря- женное состояние стержня из жаропрочного сплава АНВ-300 при наличии температуры постоянной интенсивности, и приведены численные результаты исследования. Исследования проведены при раз- ных значениях коэффициента теплообмена. В результате установлено, что при увеличении значения h0 - коэффициента теплообмена возрастает амплитуда перемещений против направления оси Ox; координата сечения, амплитуда перемещения которого будет наибольшей, увеличивается; амплитуда перемещения по направлению оси Ox уменьшается; максимальное и среднее значения термоупругого напряжения σ уменьшаются.