Динамічні процеси в тонкому циліндрі при тепловому опроміненні торця
The processes of generation and propagation of a stress pulse and temperature variations caused by a thermal impact at the face of a long thin steel cylinder are investigated. The statement of the dynamic coupled problem of thermomechanics is used along with the thermodynamically consistent theory o...
Gespeichert in:
| Datum: | 2007 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
"Доповіді НАН України"
2007
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/1606 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Динамічні процеси в тонкому циліндрі при тепловому опроміненні торця / Я.О. Жук, І.К. Сенченков, О.В. Бойчук // Доп. НАН України. — 2007. — N 2. — С. 56-62. — Бібліогр.: 10 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-1606 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-16062008-08-29T12:00:26Z Динамічні процеси в тонкому циліндрі при тепловому опроміненні торця Бойчук, О.В. Сенченков, І.К. Жук, Я.О. Механіка The processes of generation and propagation of a stress pulse and temperature variations caused by a thermal impact at the face of a long thin steel cylinder are investigated. The statement of the dynamic coupled problem of thermomechanics is used along with the thermodynamically consistent theory of the inelastic behavior of a material. It is solved numerically by the finite element method. Main properties of a thermomechanical state in the vicinity of the irradiated end and the stress pulse propagation accompanied with the temperature variation are studied. Relations between the parameters of a thermal pulse and a stress wave are established. 2007 Article Динамічні процеси в тонкому циліндрі при тепловому опроміненні торця / Я.О. Жук, І.К. Сенченков, О.В. Бойчук // Доп. НАН України. — 2007. — N 2. — С. 56-62. — Бібліогр.: 10 назв. — укp. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/1606 539.3 uk "Доповіді НАН України" |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Механіка Механіка |
| spellingShingle |
Механіка Механіка Бойчук, О.В. Сенченков, І.К. Жук, Я.О. Динамічні процеси в тонкому циліндрі при тепловому опроміненні торця |
| description |
The processes of generation and propagation of a stress pulse and temperature variations caused by a thermal impact at the face of a long thin steel cylinder are investigated. The statement of the dynamic coupled problem of thermomechanics is used along with the thermodynamically consistent theory of the inelastic behavior of a material. It is solved numerically by the finite element method. Main properties of a thermomechanical state in the vicinity of the irradiated end and the stress pulse propagation accompanied with the temperature variation are studied. Relations between the parameters of a thermal pulse and a stress wave are established. |
| format |
Article |
| author |
Бойчук, О.В. Сенченков, І.К. Жук, Я.О. |
| author_facet |
Бойчук, О.В. Сенченков, І.К. Жук, Я.О. |
| author_sort |
Бойчук, О.В. |
| title |
Динамічні процеси в тонкому циліндрі при тепловому опроміненні торця |
| title_short |
Динамічні процеси в тонкому циліндрі при тепловому опроміненні торця |
| title_full |
Динамічні процеси в тонкому циліндрі при тепловому опроміненні торця |
| title_fullStr |
Динамічні процеси в тонкому циліндрі при тепловому опроміненні торця |
| title_full_unstemmed |
Динамічні процеси в тонкому циліндрі при тепловому опроміненні торця |
| title_sort |
динамічні процеси в тонкому циліндрі при тепловому опроміненні торця |
| publisher |
"Доповіді НАН України" |
| publishDate |
2007 |
| topic_facet |
Механіка |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/1606 |
| citation_txt |
Динамічні процеси в тонкому циліндрі при тепловому опроміненні торця / Я.О. Жук, І.К. Сенченков, О.В. Бойчук // Доп. НАН України. — 2007. — N 2. — С. 56-62. — Бібліогр.: 10 назв. — укp. |
| work_keys_str_mv |
AT bojčukov dinamíčníprocesivtonkomucilíndrípriteplovomuopromínennítorcâ AT senčenkovík dinamíčníprocesivtonkomucilíndrípriteplovomuopromínennítorcâ AT žukâo dinamíčníprocesivtonkomucilíndrípriteplovomuopromínennítorcâ |
| first_indexed |
2025-07-02T05:00:33Z |
| last_indexed |
2025-07-02T05:00:33Z |
| _version_ |
1836510015937052672 |
| fulltext |
2. Часовников Л.Д., Громак А.В. Расчет круговых зубьев конических колес // Изв. вузов. Машино-
строение. – 1976. – № 2. – С. 60–65.
3. Тимошенко С.П. Курс теории упругости. – Киев: Наук. думка, 1972. – 501 с.
4. Гастев В.А. Курс теории упругости и основ теории пластинчатости. – Ленинград: Университет,
1973. – 180 с.
5. Берштейн Л.Л., Займовский В.А. Структура и механические свойства металлов. – Москва: Метал-
лургия, 1970. – 472 с.
6. Решетов В.А. Детали машин. – Москва: Машиностроение, 1975. – 655 с.
7. Рвачев В.Л., Проценко В.С. Контактные задачи теории упругости для неклассических областей. –
Киев: Наук. думка, 1977. – 235 с.
8. Кириченко А.Ф. Использование вариационных методов с применением ЭЦВМ для определения из-
гибных напряжений в зубьях цилиндрических зубчатых колес // Вестн. машиностроения. – 1980. –
№ 11. – С. 15–17.
9. Самуль В.И. Основы теории упругости и пластичности. – Москва: Высш. шк., 1982. – 263 с.
10. Михлин С. Г. Прямые методы в математической физике. – Москва; Ленинград: ГИТТЛ, 1950. – 428 с.
Поступило в редакцию 31.03.2006Институт проблем машиностроения
им. А.Н. Подгорного НАН Украины, Харьков
Харьковский национальный
автодорожный университет
Украинская государственная академия
железнодорожного транспорта, Харьков
УДК 539.3
© 2007
Я.О. Жук, I. К. Сенченков, О. В. Бойчук
Динамiчнi процеси в тонкому цилiндрi при тепловому
опромiненнi торця
(Представлено академiком НАН України Я.М. Григоренком)
The processes of generation and propagation of a stress pulse and temperature variations caused
by a thermal impact at the face of a long thin steel cylinder are investigated. The statement
of the dynamic coupled problem of thermomechanics is used along with the thermodynamically
consistent theory of the inelastic behavior of a material. It is solved numerically by the finite
element method. Main properties of a thermomechanical state in the vicinity of the irradiated
end and the stress pulse propagation accompanied with the temperature variation are studied.
Relations between the parameters of a thermal pulse and a stress wave are established.
Опромiнення поверхонь металевих деталей лазерними iмпульсами або електронними пучка-
ми є сучасним технологiчним засобом змiцнення i пiдвищення стiйкостi до зношування та
втомної довговiчностi елементiв конструкцiй [1–3]. На стадiї мiнiатюризацiї, енерго- i ре-
сурсозбереження, яку зараз переживають машинобудування i приладобудування, дозоване
i направлене пiдведення енергiї до об’єкта технологiї є надзвичайно перспективним ме-
тодом виготовлення мiкрообладнання [3]. Лазернi i пучковi технологiї внаслiдок надзви-
чайно точної локалiзацiї впливу дозволяють вийти на мiкро- i нанорiвень обробки мате-
рiалiв [3].
56 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №2
Розробка лазерних систем для мiкро- i нанообробки вимагає детальної iнформацiї про
зв’язанi термомеханiчнi процеси, якi вiдбуваються при опромiненнi i подальшому охолод-
женнi матерiалу. Дослiдження динамiчних ефектiв при iмпульсному навантаженнi є не-
вiд’ємною частиною розробки технологiї (обробка прецизiйних отворiв i пазiв, розкрiй
i рiзка матерiалiв, лазерна абляцiя тощо) [1–3]. Крiм того, воно є необхiдним при ви-
значеннi властивостей матерiалу i залишкового напружено-деформованого стану отри-
маного елемента конструкцiї за допомогою методики акустичного неруйнiвного контро-
лю [4]. Розробка теоретичних основ таких процесiв неможлива без застосування аде-
кватних моделей динамiчної термомеханiчної поведiнки фiзично нелiнiйних матерiалiв
при iмпульсному тепловому навантаженнi з урахуванням зв’язаностi механiчних i тепло-
вих полiв.
В данiй роботi для цього використовується постановка зв’язаної задачi термомеханi-
ки, розвинута iз застосуванням узагальненої теорiї течiї, придатної для описання фiзично
нелiнiйної поведiнки матерiалiв при динамiчних навантаженнях в широкому iнтервалi тем-
ператур [5, 6]. Особливу увагу придiлено описанню реакцiї фiзично нелiнiйного матерiалу
на дiю теплового iмпульсу, визначення зони термiчного впливу iмпульсу, поширенню хвиль
напружень i температурнi змiни, якi їх супроводжують, оцiнцi параметрiв iмпульсу, необ-
хiдного для генерацiї хвиль, i зв’язку мiж параметрами iмпульсу i хвилi.
1. Постановка задачi. Розглядається круговий цилiндр радiусом R, довжина якого
дорiвнює L. На торцi z = 0 дiє короткочасний тепловий iмпульс, який моделюється тепло-
вим потоком через границю. Вся поверхня стержня разом з торцями є теплоiзольованою
i вiльною вiд навантажень.
Для спрощення постановки задачi i видiлення основних суттєвих закономiрностей роз-
глянемо модельну задачу для випадку R ≪ L. За цих умов цилiндр фактично є тонким
стержнем кругового перерiзу. При такому виборi параметрiв об’єкта основним дослiджува-
ним процесом є зв’язаний термомеханiчний процес поширення хвилi напружень вздовж осi
цилiндра. Оскiльки час опромiнення дуже короткий, то цей процес можна вважати адiа-
батичним. Крiм того, за час проходження хвилi на довжину цилiндра змiна температури
внаслiдок прогрiвання не встигає захопити значного об’єму, тому процес прогрiву зони бiля
торця можна вважати адiабатичним. Отже, модельна задача для тонкого цилiндра (стерж-
ня) дозволяє вивчити основнi закономiрностi збудження i поширення iмпульсу напружень
вздовж осi цилiндра при дiї теплового iмпульсу на його торцi.
Для адекватного описання поведiнки матерiалу при складних зв’язаних процесах i ко-
ректної iнтерпретацiї отриманих результатiв необхiдно використовувати надiйнi моделi,
узгодженi з термодинамiкою необоротних процесiв. В роботi застосовується узагальнена
на випадок термомеханiки зв’язана модель Боднера–Партома, яка описує як пружну, так
i непружну поведiнку металiв при великих швидкостях деформацiї в широкому iнтервалi
температур [5, 6]. Ця модель побудована iз використанням концепцiї внутрiшнiх змiнних
стану для описання спектра непружних явищ в областi опромiнення. Вона також дозво-
ляє оцiнити внесок дисипацiї механiчної енергiї i зумовлених нею внутрiшнiх джерел тепла
в рiвняннi теплопровiдностi, а також прихованої накопиченої енергiї на початковiй стадiї
деформування.
Коротко наведемо рiвняння моделi. В них використовується представлення повної де-
формацiї εij у виглядi суми пружної εe
ij , непружної εp
ij i теплової εθ
ij складових
εij = εe
ij + εp
ij + εθ
ij , ij ↔ rr, zz, rz, ϕϕ, (1)
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №2 57
вираз для теплової деформацiї має вигляд
εθ
ij = δij
θ
∫
θ0
α(θ′) dθ′, (2)
де θ i θ0 — поточна i вiдлiкова температури вiдповiдно; α — коефiцiєнт лiнiйного теплового
розширення; δij — дельта Кронекера.
Модель також мiстить такi рiвняння:
закон Гука
sij = 2G(eij − εp
ij), σkk = 3KV (εkk − εθ
kk), (3)
де σij i sij — тензор i девiатор напружень; eij — девiатор деформацiй; G i KV — модулi
зсуву i об’ємного стискання вiдповiдно;
асоцiйований закон течiї з умовою пластичної нестисливостi
ε̇p
ij = λsij, ε̇p
kk = 0; (4)
кiнетичне рiвняння
Dp
2
= D2
0 exp
[
−
(
Z2
3J2
)n]
, (5)
де Z = K + D, Dp
2
= ε̇p
ij ε̇
p
ij/2, J2 = sijsij/2, λ2 = Dp
2
/J2;
еволюцiйне рiвняння для внутрiшнiх змiнних iзотропного K i направленого βij змiц-
нення
K̇ = m1(K1 − K)Ẇp, K(0) = K0,
β̇ij = m2(D1uij − βij)Ẇp, βij(0) = 0,
(6)
де D = βijuij, uij = σij/(σijσij)
1/2, Ẇp = σij ε̇
p
ij .
Величини D0, D1, K0, K1, m1, m2 i n є параметрами моделi [5]. Для бiльшостi мета-
лiв параметри D0, D1 i m2 слабо залежать вiд температури. Їх можна вважати сталими
в широкому iнтервалi температур. Параметри K0, K1, m1 i n є температурозалежними.
На вiдмiну вiд робiт [5, 6], рiвняння (6) не мiстять члени, якi вiдповiдають за тепловий
зворот. Оскiльки дослiджуванi процеси є швидкими, то при описаннi поведiнки матерiалу
цим явищем можна знехтувати.
До рiвнянь (1)–(6) при постановцi задачi також додаються
спiввiдношення Кошi для осесиметричного випадку
εzz =
∂uz
∂z
, εrr =
∂ur
∂r
, εϕϕ =
ur
r
, εrz =
1
2
(
∂uz
∂r
+
∂ur
∂z
)
, (7)
де ur i uz — компоненти перемiщення,
рiвняння руху
∂σrr
∂r
+
1
r
(σrr − σϕϕ) +
∂σrz
∂z
= ρür,
∂σrz
∂r
+
1
r
σrz +
∂σzz
∂z
= ρüz, (8)
де ρ — густина матерiалу,
58 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №2
рiвняння балансу енергiї, яке зводиться до рiвняння теплопровiдностi
cv θ̇ + 3αθKV (ε̇kk − 3αθ̇) − D′
− k∆θ = rs, (9)
де θ — температура; cv i k — коефiцiєнти теплоємностi i теплопровiдностi вiдповiдно;
D′ — швидкiсть дисипацiї механiчної енергiї i rs — заданi внутрiшнi джерела тепла, ∆ =
=
1
r
∂
∂r
(
r
∂(·)
∂r
)
+
∂2(·)
∂z2
.
Початковi i граничнi умови мають вiдповiдно вигляд
ur = u̇r = 0; uz = u̇z = 0; θ = θ0, t = 0, σij = 0 на S,
−k
∂θ
∂z
=
q0 sin
πt
tp
, 0 6 t 6 tp,
0, t > tp,
z = 0;
∂θ
∂~n
= 0, z = L, r = R,
(10)
де q0 — параметр теплового потоку; tp — час дiї iмпульсу.
Вважаємо, що тепловий потiк, яким моделюється дiя теплового iмпульсу, змiнюється
в часi як половина синусоїди, а пiсля закiнчення дiї iмпульсу залишається рiвним нулю.
Рiвняння (1)–(9) з початковими i граничними умовами (10) є постановкою зв’язаної
задачi термомеханiки фiзично нелiнiйних тiл при тепловому iмпульсному навантаженнi.
2. Метод розв’язання задачi. Задача (1)–(10) є суттєво нелiнiйною i розв’язується
чисельно за допомогою методики, розвинутої у [7, 8] для випадкiв осесиметричних i плоских
задач про зв’язану термомеханiчну поведiнку тiл з фiзично нелiнiйних матерiалiв.
Запропонована методика полягає у застосуваннi модифiкованого методу змiнних пара-
метрiв пружностi. Схема чисельного розв’язання задачi реалiзована як подвiйний iтера-
цiйний процес. Внутрiшнiй iтерацiйний процес полягає в iнтегруваннi системи нелiнiйних
рiвнянь моделi Боднера–Партома з використанням неявної iтерацiйної схеми, а зовнiшнiй —
в розв’язаннi рiвнянь руху i теплопровiдностi. Другi похiднi за часом при iнтегруваннi рiв-
нянь руху апроксимуються за допомогою формул Ньюмарка.
В рамках внутрiшнього iтерацiйного процесу на кожному кроцi у часi враховується
температурна залежнiсть властивостей матерiалу i параметрiв моделi Боднера–Партома.
Жорсткий тип нелiнiйностi системи рiвнянь, за допомогою яких описується фiзично не-
лiнiйна поведiнка матерiалу, зумовлює використання чисельних схем iз змiнним кроком
iнтегрування в часi.
Для просторової дискретизацiї задачi застосовується метод скiнченних елементiв. Ви-
користана дуже дрiбна сiтка елементiв в приторцевiй зонi для коректного моделювання
термомеханiчної поведiнки, зумовленої великими температурними градiєнтами. Якiсть сiт-
ки визначалася за допомогою практичного критерiю збiжностi розв’язкiв.
3. Результати розрахункiв. Вважаємо, що цилiндр виготовлено зi сталi 35ХМА. Фi-
зико-механiчнi властивостi цього матерiалу взятi з роботи [9]. Вiдповiдною обробкою [10]
дiаграм розтягу з цiєї ж роботи визначенi константи моделi Боднера–Партома i їх темпе-
ратурнi залежностi. Величина температуронезалежної константи D0, у вiдповiдностi з [5],
вибирається рiвною 108 с−1.
Розрахунки проводилися для таких геометричних параметрiв цилиндра: R = 5 · 10−6 м,
L = 2 · 10−3 м. Тривалiсть теплового iмпульсу tp = 10−7 с. Параметр теплового пото-
ку q0 змiнювався в межах 107
− 5 · 107 кВт/м2. Початкова температура диска θ0 дорiвню-
вала 20 ◦C.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №2 59
Рис. 1 Рис. 2
На рис. 1 показанi результати, якi iлюструють поширення i вiдбивання iмпульсу на-
пруження, що виникає при дiї теплового iмпульсу з параметрами q0 = 5 · 107 кВт/м2
i tp = 0,1 мкс. Моменти часу, для яких побудованi розподiли напруження вздовж осi стерж-
ня, вказанi числами. Для вибраних параметрiв задачi максимальна величина стискаючого
напруження σz в iмпульсi не перевищує 0,02 МПа.
Аналiз розподiлу осьового напруження показує, що за вибраних умов виникають двi
складовi поля напружень: термопружний iмпульс i квазiстатичнi тепловi напруження. Ос-
таннiм вiдповiдає вертикальна лiнiя в околi z = 0. Характер поведiнки цих квазiстатичних
теплових напружень в околi торця показаний на рис. 2. Кривi побудованi для тих же момен-
тiв часу, що й на рис. 1. Область впливу теплового iмпульсу для даної задачi є дуже малою —
на вiдстанi 1,5 · 10−5 м вiд торця квазiстатичнi збурення напруженого стану практично вiд-
сутнi. При цьому на вiльному торцi σzz = 0, а максимальне значення σzz = 344 МПа для
t = 0,1 мкс досягається на вiдстанi z ≈ 0,35 · 10−5 м. Максимальна непружна деформацiя
εp
z дорiвнює 0,875 · 10−4, тобто процес деформування можна вважати пружним.
Поширення iмпульсу напружень викликає змiну температури матерiалу внаслiдок тер-
момеханiчної зв’язаностi. Синхронно з рухом iмпульсу напруження (рис. 1) вiдбувається
збiльшення температури (при стисканнi) й наступне охолодження матерiалу. Пiдвищення
температури при розглянутих параметрах задачi склало ≈ 2 · 10−5 ◦C, що зумовлено низь-
ким напруженням в iмпульсi. В приторцевiй зонi, навпаки, вiдзначається iстотний розiгрiв
(до 1000 ◦C), який має квазiстатичний характер i вiдповiдно викликає квазiстатичну скла-
дову поля напружень.
Рис. 3 iлюструє вплив параметра теплового iмпульсу на величину стискаючого напру-
ження. Тут зображено профiлi iмпульсу стискання для рiзних значень q0 в момент часу
t = 0,26 мкс. Збiльшення параметра q0 веде до збiльшення максимального стискаючого
напруження в iмпульсi. Ця залежнiсть має практично лiнiйний характер.
Розрахунки показали, що iмпульс стискання формується в початковий момент дiї теп-
лового iмпульсу внаслiдок надзвичайно великих температурних градiєнтiв, якi виникають
при опромiненнi. Зокрема, максимальне абсолютне значення напруження досягається приб-
60 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №2
Рис. 3 Рис. 4
лизно до моменту часу t ≈ tp/5, тобто тодi, коли максимальна температура розiгрiву ще
не досягнута. В подальшому вся теплова енергiя, що передається цилiндру до моменту
закiнчення iмпульсу, витрачається на формування заднього фронту iмпульсу i поля квазi-
статичних напружень в приторцевiй зонi.
Напруження в iмпульсi i динамiчнi змiни температури малi для розглянутих умов задачi,
матерiалiв i параметрiв теплового iмпульсного впливу. Певного збiльшення їх значень вда-
ється досягти при змiнi граничної умови на опромiненому торцi. Розглянемо випадок глад-
кого закрiплення торця. Слiд вiдзначити, що на практицi часто використовується прозоре
вiдносно до лазерного або пучкового випромiнювання середовище, яке обмежує перемiщен-
ня в напрямку, перпендикулярному до опромiненої поверхнi, для пiдсилення динамiчних
ефектiв [1, 2].
Граничнi умови на торцi z = 0 запишуться у виглядi
ur = 0, σrz = 0.
Типовi результати розрахункiв для цього випадку подано на рис. 4. Тут суцiльною
i штриховою лiнiями показанi розподiли напружень σzz i температури вiдповiдно вздовж осi
цилiндра в момент часу t = 0,26 мкс. Вiдзначимо характерну для термопружних хвиль син-
фазнiсть змiн напруження i температури. Порiвняння рис. 3 i 4 показує, що при гладкому
закрiпленнi торця цилiндра вдається збiльшити абсолютнi значення напружень i темпера-
тури в iмпульсi приблизно в 500 разiв.
1. Qin Y., Zou J., Dong C. et al. Temperature-stress fields and related phenomena induced by a high current
pulsed electron beam // Nuclear Instrum. and Meth. In Phys. Research. Part B. – 2004. – 225. – P. 544–554.
2. Chen H., Kysar J., Yao Y.L. Characterization of plastic deformation induced by microscale laser shock
peening // J. Appl. Mech. – 2004. – 71. – P. 713–723.
3. Коваленко В.С. Микро- и нанообработка сверхмощными лазерными импульсами // Оборудование и
эксперимент для профессионалов. – 2003. – № 4. – С. 4–14.
4. Springer Handbook on Nanotechnology / Ed. by B. Bhushan. – Berlin-Heidelberg: Springer, 2004. – 1222 p.
5. Bodner S., Partom Y. Constitutive equations for elastoviscoplastic strain hardening material // Trans.
ASME. J. Appl. Mech. – 1975. – 42. – P. 385–389.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №2 61
6. Сенченков И.К., Жук Я.А. Термомеханический анализ одной модели термовязкопластического де-
формирования материалов // Прикл. механика. – 1997. – 33, № 2. – С. 41–48.
7. Жук Я.А., Сенченков И.К., Козлов В.И., Табиева Г.А. Осесимметричная динамическая связанная
задача термовязкопластичности // Там же. – 2001. – 37, № 10. – С. 83–89.
8. Senchenkov I. K., Zhuk Y.A., Karnaukhov V.G. Modeling the thermomechanical behavior of physically
nonlinear materials under monoharmonic loading // Int. Appl. Mech. – 2004. – 40, No 9. – P. 943–969.
9. Расчеты на прочность, устойчивость и колебания в условиях высоких температур / Под ред.
И.И. Гольденблата. – Москва, 1965. – 567 с.
10. Сенченков И.К., Табиева Г.А. Определение параметров модели Боднера-Партома термовязкоплас-
тического деформирования материалов // Прикл. механика. – 1996. – 32, № 2. – С. 64–72.
Надiйшло до редакцiї 17.05.2006Iнститут механiки iм. С.П. Тимошенка
НАН України, Київ
Миколаївський державний унiверситет
УДК 622.233:536.24
© 2007
А.А. Кожевников, С. В. Гошовский, А.Ю. Дреус,
И.И. Мартыненко
Тепловое поле алмазной коронки при бурении
с нестационарным режимом промывки скважины
(Представлено академиком НАН Украины А.Ф. Булатом)
The mathematical model and the results of a numerical study of the temperature regime of
a diamond drilling tool under nonstationary heat exchange with a washing fluid are presented.
В последнее время интенсивно разрабатываются методы различного рода импульсного воз-
действия на горную породу при бурении с целью снижения энергоемкости процесса ее
разрушения [1, 2]. К таковым, в частности, относятся технологии с использованием не-
стационарного режима подачи промывочной жидкости, которая осуществляет охлаждение
породоразрушающего инструмента и забоя скважины. Температурный фактор при таком
режиме является одним из основных критериев, лимитирующих эффективность техноло-
гического процесса бурения, поскольку термостойкость алмазов в существующих буровых
коронках не превышает температуру 600◦ C [3]. Таким образом, анализ тепловых процес-
сов на забое скважины является неотъемлемой составляющей работ при проектировании
технологий бурения геологоразведочных скважин с нестационарной промывкой.
Проведение экспериментальных исследований в этом направлении сопряжено с ря-
дом объективных трудностей: сложность технической реализации таких экспериментов,
поскольку невозможно провести замеры температуры непосредственно на алмазах, опре-
деление степени нагрева которых и является конечной целью исследований; значитель-
ная трудность выполнения замеров в реальных условиях бурения скважины; высокая
стоимость и сложность создания экспериментальных стендов; отсутствие надежных ме-
тодик измерения температуры для таких процессов и др. Существующие методики ра-
счета температуры породоразрушающего инструмента [3, 4] дают возможность оценить
62 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №2
|