Метод ученых ЮУрГУ поможет предотвратить поломки в АЭС и ракетах

Метод расчета накопленной деформации критически важных конструкций, таких как атомные реакторы, газотурбинные двигатели и металлургическое оборудование, позволяющий рассчитать для них необходимый запас прочности, разработали ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ), сообщает 5 января пресс-служба вуза.

Скрытую угрозу для конструкций в ходе их эксплуатации представляет процесс постепенного накопления деформаций от многократных циклов «пуск-останов», в результате которого конструкция постепенно и необратимо меняет форму вплоть до полной негодности устройства.

Профессор кафедры технической механики ЮУрГУ Александр Чернявский так пояснил актуальность решаемой ими проблемы:

«Наиболее ярко такая картина видна в металлургическом производстве. Например, рассмотрим устройства типа чаши шлаковоза. После окончания плавки шлак, нагретый примерно до полутора тысяч градусов, переливают в специальную транспортировочную чашу. От многократного воздействия неравномерного нагрева чаша постепенно меняет свою форму: от цикла к циклу накапливаются изменения размеров, достигающие в конце концов многих десятков сантиметров. Металлурги прекрасно осведомлены об этом процессе и воспринимают „термическое коробление“ как неизбежное следствие высоких температур, просто меняя изношенный элемент. Но в атомной или ракетной технике отнюдь не всегда можно заменить деталь, если она покоробилась».

Изучением явления накопления деформации формы конструкций ученые ЮУрГУ занимаются много лет. Ими было доказано, что изменения размеров не зависят от свойств материалов и вызваны неравномерным нагревом конструкций в пространстве и времени. Это открытие позволило решить важные практические задачи.

Так, при проектировании реактора БН-600 для Белоярской атомной электростанции расчеты челябинских ученых показали, что существует высокий риск появления опасных, грозящих аварией деформаций. Меры, принятые совместно с инженерами-конструкторами, позволили успешно ликвидировать этот риск. В результате реактор работал стабильно в течение всего срока эксплуатации без нежелательных термических изменений.

Современные численные методы и созданное программное обеспечение позволяют значительно повысить точность инженерных расчетов. Тем не менее моделирование накопления деформаций цикл за циклом в течение «жизни» конструкции требует очень много вычислительных мощностей.

Вариант исследователей ЮурГУ использует численные методы нестандартно, обеспечивая высокую точность моделирования процессов деформации при умеренной вычислительной нагрузке, что значительно облегчает работу проектировщиков.

Результаты исследования предложенного метода ученые представили в статье «Упрощенная оценка накопленной деформации при ползучести», опубликованной в журнале «Атомная энергия».

Применение метода челябинцев позволит повысить надежность создаваемых ответственных конструкций, подвергающихся в процессе эксплуатации воздействию высоких и переменных во времени температур, таких как элементы газотурбинных двигателей, тепловых и атомных электростанций, металлургического оборудования, а также ракетной техники.

Многократные пуски-остановы двигателей возвращаемых ракет могут приводить к критическим для безопасности изменениям формы и размеров деталей, тогда как новые расчетные методы ученых УрФУ позволят проектировщикам обеспечить им необходимый запас прочности.