Розмір шрифту:
Чисельне моделювання НДС конструкційних матеріалів фільтроелементів в умовах пошкоджень від кавітаційної корозії
Остання редакція: 2021-05-24
Анотація
Об’єктом дослідження в даній роботі вибрано конструкції з фільтрувальним елементом для ультразвукових процесів очищення забруднених рідин різної в’язкості, що супроводжуються кавітаційними явищами.
За мету роботи покладено визначення напружено-деформованого стану (НДС) фрагменту конструкції фільтроелементу з покращеними характеристиками ресурсу працездатності матеріалів в існуючих системах ультразвукової очистки забруднених рідин та оцінки об’єму її деформаційних пошкоджень в умовах кавітаційної корозії при гідродинамічному навантаженні частинками засміченої рідини.
В існуючих системах ультразвукової очистки забруднених рідин параметри гідродинамічного навантаження циліндричного фільтрувального елементу визначають його НДС. Він зазвичай представляє собою циліндричну тонкостінну металеву оболонку та має типову коміркову структуру.
Для спрощення чисельних розрахунків НДС розглянуто типовий фрагмент циліндричної оболонки фільтрувального елементу у вигляді суцільного деформівного середовища напівпростору з вигнутою поверхнею відповідного радіусу, яке сприймає удари частинок забрудненої рідини. При розробці моделі гідродинамічного навантаження фільтрувального елементу вважали, що зважена частинка забруднювача рідини, опинившись біля кавітаційного пухирця, відчуває вплив потоку рідини від рухомих з великою швидкістю стінок бульбашок або вплив ударної хвилі при схлопуванні бульбашок.
Для визначення величини швидкості прискореного руху забруднених частинок використовували аналітичні співвідношення. В дослідженні в якості забрудненої рідини, що підлягає фільтрації виступають вода, бензин та машинне мастило АМГ-10. При розробці математичних моделей НДС фільтроелементу прийняли гіпотези про ізотропні та пружно-пластичні характеристики матеріалів Д16АТ, АМг61гк, 12Х18Н10Т для його виготовлення.
Для розрахунку силової взаємодії рухомих частинок забруднювача з нерухомою поверхнею фільтроелементу, що деформується, використовували методику, в основані якої лежить розв’язок контактної задачі Герца. Чисельні експерименти по визначенню НДС імітаційних моделей фільтроелементів, виготовлених з різних типів матеріалів та в’язких рідин, проведені в середовищі програмного коду ANSYS WB v.19.0 Student Edition. Результати обчислень НДС матеріалів фільтроелементу представлені полями ізоліній переміщень та еквівалентних за Мізесом напружень. Екстремальні величини розрахункових значень величин напружень представлені в таблицях.
За мету роботи покладено визначення напружено-деформованого стану (НДС) фрагменту конструкції фільтроелементу з покращеними характеристиками ресурсу працездатності матеріалів в існуючих системах ультразвукової очистки забруднених рідин та оцінки об’єму її деформаційних пошкоджень в умовах кавітаційної корозії при гідродинамічному навантаженні частинками засміченої рідини.
В існуючих системах ультразвукової очистки забруднених рідин параметри гідродинамічного навантаження циліндричного фільтрувального елементу визначають його НДС. Він зазвичай представляє собою циліндричну тонкостінну металеву оболонку та має типову коміркову структуру.
Для спрощення чисельних розрахунків НДС розглянуто типовий фрагмент циліндричної оболонки фільтрувального елементу у вигляді суцільного деформівного середовища напівпростору з вигнутою поверхнею відповідного радіусу, яке сприймає удари частинок забрудненої рідини. При розробці моделі гідродинамічного навантаження фільтрувального елементу вважали, що зважена частинка забруднювача рідини, опинившись біля кавітаційного пухирця, відчуває вплив потоку рідини від рухомих з великою швидкістю стінок бульбашок або вплив ударної хвилі при схлопуванні бульбашок.
Для визначення величини швидкості прискореного руху забруднених частинок використовували аналітичні співвідношення. В дослідженні в якості забрудненої рідини, що підлягає фільтрації виступають вода, бензин та машинне мастило АМГ-10. При розробці математичних моделей НДС фільтроелементу прийняли гіпотези про ізотропні та пружно-пластичні характеристики матеріалів Д16АТ, АМг61гк, 12Х18Н10Т для його виготовлення.
Для розрахунку силової взаємодії рухомих частинок забруднювача з нерухомою поверхнею фільтроелементу, що деформується, використовували методику, в основані якої лежить розв’язок контактної задачі Герца. Чисельні експерименти по визначенню НДС імітаційних моделей фільтроелементів, виготовлених з різних типів матеріалів та в’язких рідин, проведені в середовищі програмного коду ANSYS WB v.19.0 Student Edition. Результати обчислень НДС матеріалів фільтроелементу представлені полями ізоліній переміщень та еквівалентних за Мізесом напружень. Екстремальні величини розрахункових значень величин напружень представлені в таблицях.
Ключові слова
НДС, фільтроелемент, ультразвукова очистка
Посилання
1. Луговской А.Ф., Чухраев Н.В., Зилинский А.И., Гришко И.А. Ультразвуковая кавитация в современных технологиях / А.Ф. Луговской, Н.В. Чухраев, А.И.Зилинский, И.А., Гришко, К.: Видавничо-поліграфічний центр «Київський університет», 2007. - 244 с.