Optimization of Bendable I-Section Elements Subject to Corrosion and Material Damage
Operation of structures in high temperature conditions and aggressive environments leads to such phenomena as corrosion and material damage. Corrosion leads to a reduction in structural cross-section and, consequently, an increase in stresses. As to material damage, namely, the appearance of micro-c...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Russian |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/214531 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Репозитарії
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-214531 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| collection |
OJS |
| language |
English Russian |
| topic |
corrosion material damage optimization UDC 624.04 корозія пошкодженість матеріалу оптимізація УДК 624.04 коррозия поврежденность материала оптимизация УДК 624.04 |
| spellingShingle |
corrosion material damage optimization UDC 624.04 корозія пошкодженість матеріалу оптимізація УДК 624.04 коррозия поврежденность материала оптимизация УДК 624.04 Fridman, Мark M. Optimization of Bendable I-Section Elements Subject to Corrosion and Material Damage |
| topic_facet |
corrosion material damage optimization UDC 624.04 корозія пошкодженість матеріалу оптимізація УДК 624.04 коррозия поврежденность материала оптимизация УДК 624.04 |
| format |
Article |
| author |
Fridman, Мark M. |
| author_facet |
Fridman, Мark M. |
| author_sort |
Fridman, Мark M. |
| title |
Optimization of Bendable I-Section Elements Subject to Corrosion and Material Damage |
| title_short |
Optimization of Bendable I-Section Elements Subject to Corrosion and Material Damage |
| title_full |
Optimization of Bendable I-Section Elements Subject to Corrosion and Material Damage |
| title_fullStr |
Optimization of Bendable I-Section Elements Subject to Corrosion and Material Damage |
| title_full_unstemmed |
Optimization of Bendable I-Section Elements Subject to Corrosion and Material Damage |
| title_sort |
optimization of bendable i-section elements subject to corrosion and material damage |
| title_alt |
Оптимизация изгибаемых элементов двутаврового сечения в условиях коррозии и поврежденности материала Оптимізація згинних елементів двотаврового перерізу в умовах корозії і пошкодження матеріалу |
| description |
Operation of structures in high temperature conditions and aggressive environments leads to such phenomena as corrosion and material damage. Corrosion leads to a reduction in structural cross-section and, consequently, an increase in stresses. As to material damage, namely, the appearance of micro-cracks and voids resulting from inelastic creep strain, it leads to a deterioration of physical characteristics (for example, the elastic modulus) and a sharp decrease in the stress values at which structural failure occurs. This paper is a continuation of the research in the field of optimal design of structures operating under conditions of corrosion and material damage (high temperature, aggressive environment, etc.). A first paper in this field was devoted to the optimization of bendable rectangular cross-section elements. This paper considers the optimization of the lengthwise thickness of flanges of bendable I-section elements, using the same principle of equal damage, which was applied to optimize the bendable rectangular cross-section elements. It is assumed that the flange width and web height of an I-section element are fixed. Since, during bending, mainly I-beam flanges work (their moment of inertia is 85% of the moment of inertia of the entire cross-section), the web is not taken into account in the calculation. As an equation of corrosion, V. M. Dolinsky’s model is adopted, taking into account the effect of tension on the corrosion wear of structures. In the model of the kinetic equation that describes the change in material damage, Yu. N. Rabonov’s model is adopted, where the value of damage ω varying from 0 to 1 is taken to be a variable parameter. As the criterion of optimality, the minimum weight of structures is adopted. In conclusion, presented is an algorithm for solving a more complete problem of optimizing the parameters of bendable I-section elements, namely, the web height and the flange width, using the obtained analytical expressions that determine the optimal distribution of the thickness of flanges along the length of the structure. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2020 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/214531 |
| work_keys_str_mv |
AT fridmanmarkm optimizationofbendableisectionelementssubjecttocorrosionandmaterialdamage AT fridmanmarkm optimizaciâizgibaemyhélementovdvutavrovogosečeniâvusloviâhkorroziiipovreždennostimateriala AT fridmanmarkm optimízacíâzginnihelementívdvotavrovogopererízuvumovahkorozííípoškodžennâmateríalu |
| first_indexed |
2024-09-01T17:37:32Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:37:32Z |
| _version_ |
1809016163606200320 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-2145312020-10-16T09:28:05Z Optimization of Bendable I-Section Elements Subject to Corrosion and Material Damage Оптимизация изгибаемых элементов двутаврового сечения в условиях коррозии и поврежденности материала Оптимізація згинних елементів двотаврового перерізу в умовах корозії і пошкодження матеріалу Fridman, Мark M. corrosion material damage optimization UDC 624.04 корозія пошкодженість матеріалу оптимізація УДК 624.04 коррозия поврежденность материала оптимизация УДК 624.04 Operation of structures in high temperature conditions and aggressive environments leads to such phenomena as corrosion and material damage. Corrosion leads to a reduction in structural cross-section and, consequently, an increase in stresses. As to material damage, namely, the appearance of micro-cracks and voids resulting from inelastic creep strain, it leads to a deterioration of physical characteristics (for example, the elastic modulus) and a sharp decrease in the stress values at which structural failure occurs. This paper is a continuation of the research in the field of optimal design of structures operating under conditions of corrosion and material damage (high temperature, aggressive environment, etc.). A first paper in this field was devoted to the optimization of bendable rectangular cross-section elements. This paper considers the optimization of the lengthwise thickness of flanges of bendable I-section elements, using the same principle of equal damage, which was applied to optimize the bendable rectangular cross-section elements. It is assumed that the flange width and web height of an I-section element are fixed. Since, during bending, mainly I-beam flanges work (their moment of inertia is 85% of the moment of inertia of the entire cross-section), the web is not taken into account in the calculation. As an equation of corrosion, V. M. Dolinsky’s model is adopted, taking into account the effect of tension on the corrosion wear of structures. In the model of the kinetic equation that describes the change in material damage, Yu. N. Rabonov’s model is adopted, where the value of damage ω varying from 0 to 1 is taken to be a variable parameter. As the criterion of optimality, the minimum weight of structures is adopted. In conclusion, presented is an algorithm for solving a more complete problem of optimizing the parameters of bendable I-section elements, namely, the web height and the flange width, using the obtained analytical expressions that determine the optimal distribution of the thickness of flanges along the length of the structure. Эксплуатация конструкций в условиях высокой температуры и агрессивной среды приводит к появлению в них таких явлений, как коррозия и поврежденность материала. В результате коррозии уменьшается сечение конструкции, и, как следствие, в ней увеличиваются напряжения. Что касается поврежденности материала, а именно, появление в нем микротрещин и пустот, в результате неупругой деформации (ползучести), то она приводит к ухудшению физических характеристик (например, модуля упругости) и резкому снижению величин напряжений, при которых происходит разрушение конструкции. Данная работа является продолжением исследования в области оптимального проектирования конструкций, работающих в условиях, способствующих появлению в них коррозии и поврежденности материала (высокая температура, агрессивная среда и т.д.). Предыдущая работа в этой области была посвящена оптимизации изгибаемых элементов прямоугольного сечения. В настоящей статье рассматривается оптимизация толщины полок изгибаемого элемента двутаврового сечения по его длине, используется тот же принцип равноповрежденности, который был применен при оптимизации изгибаемых элементов прямоугольного сечения. Принимается, что ширина полок и высота стенки элемента двутаврового сечения фиксированы. Так как при изгибе работают, в основном, полки двутавра (их момент инерции достигает 85% от момента инерции всего сечения), то его стенка в расчете не учитывается. В качестве уравнения коррозии принимается модель В. М. Долинского, учитывающая влияние напряжений на коррозионный износ конструкций. В качестве кинетического уравнения, описывающего изменение поврежденности материала, принимается модель Ю. Н. Работнова, где в качестве изменяющегося параметра принята величина поврежденности ω, варьируемая от 0 до 1. Критерием оптимальности принимается минимум массы конструкции. В заключение работы приведен алгоритм решения более полной задачи оптимизации параметров изгибаемых элементов двутаврового сечения, а именно, высоты стенки и ширины полки, с использованием полученных аналитических выражений, определяющих оптимальное распределение толщины полок по длине конструкции. Експлуатація конструкцій в умовах високої температури і агресивного середовища призводить до появи в них таких явищ, як корозія і пошкодженість матеріалу. В результаті корозії зменшується переріз конструкції, і, як наслідок, в ній збільшуються напруження. Що стосується пошкодження матеріалу, а саме, появи в ньому мікротріщин і порожнеч, в результаті непружної деформації (повзучості), то вона призводить до погіршення фізичних характеристик (наприклад, модуля пружності) і різкого зниження величин напружень, за яких відбувається руйнування конструкції. Дана робота є продовженням дослідження в області оптимального проектування конструкцій, що працюють в умовах, які сприяють появі в них корозії і пошкодження матеріалу (висока температура, агресивне середовище і т.д.). Попередня робота в цій області була присвячена оптимізації згинних елементів прямокутного перерізу. У цій статті розглядається оптимізація товщини полиць згинного двотаврового перерізу по його довжині, використовується той же принцип рівнопошкодженості, який був застосований під час оптимізації згинних елементів прямокутного перерізу. Приймається, що ширина полиць і висота стінок елемента двотаврового перерізу фіксовані. Оскільки під час вигину працюють, в основному, полки двотавра (їх момент інерції досягає 85% від моменту інерції всього перерізу), то його стінка в розрахунку не береться до уваги. Як рівняння корозії приймається модель В. М. Долинського, що враховує вплив напружень на корозійний знос конструкцій. Як кінетичне рівняння, що описує зміну пошкодження матеріалу, приймається модель Ю. М. Работнова, де як змінюваний параметр прийнята величина пошкодження, що варіюється від 0 до 1. Критерієм оптимальності приймається мінімум маси конструкції. Наприкінці роботи наведено алгоритм розв’язання більш повної задачі оптимізації параметрів згинних елементів двотаврового перерізу, а саме, висоти стінки і ширини полиці, з використанням отриманих аналітичних виразів, що визначають оптимальний розподіл товщини полиць по довжині конструкції. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2020-10-16 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/214531 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 23 No. 3 (2020); 60-67 Проблемы машиностроения; Том 23 № 3 (2020); 60-67 Проблеми машинобудування; Том 23 № 3 (2020); 60-67 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/214531/214644 https://journals.uran.ua/jme/article/view/214531/214645 Copyright (c) 2020 Мark M. Fridman https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |