Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Экспериментальное и численное исследование формирования теплофизических характеристик углеродных композиционных материалов. Сообщение 2. Численное моделирование работоспособности огнеупорной детали из углеродного композиционного материала


https://doi.org/10.17073/1683-4518-2019-8-13-22

Полный текст:


Аннотация

Исследованы прогрев углеродной детали и теплофизические свойства углеродного материала в интервале от 300 до 2500 К. Выявлен дискретно-гетерогенный механизм прогрева поверхности многомерноармированного углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ) при высокоскоростном нагреве детали. С учетом испытаний углеродных материалов в интервале от 300 до 3000 К проведен численный анализ напряженного состояния детали, которое рассмотрено как следствие стеснения деформации разогретых частей детали относительно холодными фрагментами. Найдены уровни коэффициента безопасности в различных частях детали. Показано, что дополнительное повышение термопрочности как одной из составляющих характеристик комплексного понятия огнеупорности детали из УУКМ связано с высокой теплопроводностью 1D -армированных стержней структуры.


Об авторах

С. А. Колесников
НИИграфит, АО
Россия

Доктор технических наук.

Москва



Л. В. Ким
НИИграфит, АО
Россия

Москва



В. Р. Дудин
НИИграфит, АО
Россия

Москва



Список литературы

1. Ohlhorst, Craig W. Thermal conductivity database of various structuralcarbon-carbon compositematerials / Craig W. Ohlhorst, Wallace L. Vauhn, Philip O. Ransone, Hwa-Tsu Tsou. — Langley Research Center. Hampton, Virginia, 1997. — 96 p. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.82.682&rep=rep1&type =pdf.

2. Pradere, Ch. Termal and thermomechanical characterization of carbon and ceramic fibers at very high temperature / Ch. Pradere. — Ecole Natiionale Superiered'Arts et Metiers Centre de Bordeaux, 2004. — 296 p. https://pastel.archives-ouvertes.fr/file/index/docid/500111/filename/ThesePradere.pdf.

3. Li, Wei-Jie. Thermochemical ablation of carbon/ carbon composites with non-linear thermal conductivity / Wei-Jie Li, Hai-Ming Huang, Yu-Meng Hu // Thermal Science. — 2014. — Vol. 18, № 5. — Р. 1625-1629. http://www.doiserbia.nb.rs/img/doi/0354-9836/2014/0354-98361405625L.pdf.

4. Lachaud, J. 3D modeling of thermochemical ablation in carbon-based materials: effect of ani-sotropy on surface roughness onest / J. Lachaud, Y. Aspa, G. L. Vignoles, J.-M Goyheneche. http://jeanlachaud.com/research/lachaud-ISMSE2006.pdf.

5. Grujicic, M. Computational analysis of the thermal conductivity of the carbon-carbon composite materials / M. Grujicic, C. L. Zhao, E. C. Dusel [et al.] // J. Mater. Sci. — 2006. — Vol. 41, № 24. — Р. 8244-8256. https://link.springer.com/article/10.1007/s10853-006-1003-x.

6. Пат. 2498962 Российская Федерация. Армирующий каркас углерод-углеродного композиционного материала / Кречка Г. А., Савельев В. Н., Клейменов В. Д. — № 2011127880/02 ; заявл. 06.07.11 ; опубл. 20.11.13, Бюл. № 32. http://www.findpatent.ru/patent/249/2498962.html.

7. Дементьев, О. Н. Оценка влияния механически уносимых частиц тепловой защиты гиперзвуковых летательных аппаратов на устойчивость течения в пограничном слое и теплообмен / О. Н. Дементьев, Г. Ф. Костин, Н. Н. Тихонов, Б. М. Тюлькин // Вестник Челябинского государственного университета. — 2012. — № 14 (268). Физика. Вып. 13. — С. 9-13. https://cyberleninka.ru/article/n/otsenka-vliyaniya-mehanicheski-unosimyh-chastits-teplovoy-zaschity-giperzvukovyh-letatelnyh-apparatov-na-ustoychivost-techeniya-v.

8. Иженбин, И. А. Томографическая система на базе томографа «Орел» для осуществления томографического сканирования образцов из УУКМ материалов типа 39п7.001 и 4КМС-Л / И. А. Иженбин // Электронный научный архив Томского политехнического университета. — 2016. http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/28151/1/TPU174557.pdf.

9. Shi, Hong-bin. Effect of graphitization parameters on the residual stress in 4D carbon fiber / carbon composites / Hong-Bin Shi, Min Tang, Bo Gao, Jun-Ming Su // New Carbon Materials. — 2011. — Vol. 26, № 4. — Р. 287, 288. DOI: 10. 1016/ S1872-5805(11)60082-6. https://www.sciencedirect.com/journal/new-carbon-materials/vol/26/issue/4.

10. Колесников, С. А. Формирование уровня теплопроводности углерод-углеродного композиционного материала / С. А. Колесников, М. Ю. Бамборин, В. А. Воронцов [и др.] // Новые огнеупоры. — 2017. — № 2. — С. 30-38. [Kolesnikov, S. A. Formation of carbon-carbon composite material thermal conductivity standards / S. A. Kolesnikov, M. Yu. Bamborin, V. A. Vorontsov [et al.] // Refract. Ind. Ceram. — 2017. — Vol. 58, № 1. — P. 94-102.]

11. Колесников, С. А. Исследование формирования теплофизических характеристик объемноармированных углерод-углеродных композиционных материалов / С. А. Колесников, Л. В. Ким, В. А. Воронцов [и др.] // Новые огнеупоры. — 2017. — № 8. — С. 45-56. [Kolesnikov, S. A. Study of thermophysical property formation of spatially reinforced carbon-carbon composite material / S. A. Kolesnikov, L. V. Kim, V. A. Vorontsov // Refract. Ind. Ceram. — 2017. — Vol. 58, № 4. — P. 439-449.]

12. Организация Объединенных Наций A/AC.105/ C.1/L.312. Принципы, касающиеся использования ядерных источников энергии в космическом пространстве. Приняты резолюцией 47/68 Генеральной Ассамблеи от 14 декабря 1992 г. http://www.un.org/ru/documents/decl_conv/conventions/outerspace_nucpower.shtml.

13. Проценко, А. К. Разработка углерод-углеродных технологий и перспективы их развития. В сб. Научноисследовательскому институту конструкционных материалов на основе графита — 55 лет / А. К. Проценко, С. А. Колесников. — М. : Научные технологии, 2015. — 246 с. http://www.niigrafit.ru/nauka-i-obrazovanie/sbornik.pdf.

14. Хартов, В. В. Проектная концепция десантного модуля «Экзомарс-2018», создаваемого НПО им. С. А. Лавочкина / В. В. Хартов, М. Б. Мартынов, А. В. Лу-кьянчиков, С. Н. Алексашкин // Вестник НПО им. С. А. Лавочкина. — 2014. — № 2 (23). — С. 5-12.

15. Полежаев, Ю. В. Тепловая защита / Ю. В. Полежаев, Ф. Б. Юрьевич ; под ред. А. В. Лыкова. — М. : Энергия, 1976. — 392 с.

16. Тепловой блок изделия РИТ «Ангел». https://helpiks.org/6-77726.html.

17. Upadhyay, R. Steady-state ablation model coupling with hypersonic flow / R. Upadhyay, P. T. Bauman, R. Stogner [et al.] // 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 4-7 January 2010, Orlando, Florida. — Р. 1-10. https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/6.2010-1176.

18. Многомерно-армированные углерод-углеродные композиционные материалы. http://niigrafit.ru/produktsiya/kompozity.php.

19. Manocha, L. M. High performance carbon-carbon composites / L. M. Manocha // Sadhana. — 2003. — Vol. 28, Parts 1/2.—Р. 349-358. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.582.8031&rep=rep1&type=pdf.

20. Салич, В. Л. Проектирование камеры кислородноводородного ракетного двигателя тягой 100 Н на основе численного моделирования внутрикамерных процессов / В. Л. Салич // Вестник УГАТУ. — 2014. — Т. 18, № 4 (65). — С. 20-26. http://journal.ugatu.ac.ru.

21. Соседов, В. П. Свойства конструкционных материалов на основе графита ; справочник / В. П. Соседов, B. Г. Нагорный, А. С. Котосонов [и др.]. — М. : Металлургия, 1975. — 336 с.

22. ГОСТ 9.910-88. Метод испытания на термоусталость в газовых потоках на клиновидных образцах. http://echemistry.ru/assets/files/literatura/gost/gost-9.910-88-edinaya-sistema-zashhity-ot-korrozii-i-stareniya.-metally-splavy-pokrytiya-zharostojkie.-metod-ispytaniya-na-termoustalost-v-gazovyh-potokah-na-klinovidnyh-obrazcah.pdf.

23. Тимошенко, С. П. Теория упругости ; 2-е изд. / C. П. Тимошенко, Дж. Гудьер ; пер. с англ. под ред. Г. С. Шапиро. — М. : Наука. Главная редакция физикоматематической литературы, 1979. — 560 с.

24. Карпов, А. П. Высокотемпературные механические свойства углеродных и композиционных углерод-углеродных материалов / А. П. Карпов, Г. Е. Мостовой // Перспективные материалы. — 2015. — № 3. — С. 13-21.

25. Аксельрод, Л. М. Математическое моделирование разрушения футеровок металлургического оборудования под действием термоударов / Л. М. Аксельрод, А. В. Заболотский // Сборник научных идей. Современная наука. — 2010. — № 2 (4). — С. 165-169. http://modern.science.triacon.org/ru/issues/2010/files/papers/2/165-169.pdf.

26. Колесников, С. А. Высокотемпературная обработка углерод-углеродных композиционных материалов. Сообщение 2. Термическая стабилизация геометрии деталей из углерод-углеродных композиционных материалов двумерного армирования / С. А. Колесников, Г. Е. Мостовой, С. В. Васильченко // Новые огнеупоры. — 2012. — № 6. — С. 32-40. [Kolesnikov, S. A. High-temperature treatment of carbon-carbon composite materials. Communication 2. Thermal stabilization of two-dimensionally reinforced carbon-carbon composite material object geometry / S. A. Kolesnikov, G. E. Mostovoi, S. V. Vasil'chenko [et al.] // Refract. Ind. Ceram. — 2012. — Vol. 53, № 3. — P. 185-192.]


Дополнительные файлы

Для цитирования: Колесников С.А., Ким Л.В., Дудин В.Р. Экспериментальное и численное исследование формирования теплофизических характеристик углеродных композиционных материалов. Сообщение 2. Численное моделирование работоспособности огнеупорной детали из углеродного композиционного материала. Новые огнеупоры. 2019;(8):13-22. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2019-8-13-22

For citation: Kolesnikov S.A., Kim L.V., Dudin V.R. Experimental and numerical study of the formation of thermophysical characteristics of carbon composite materials. Part 2. Numerical analysis of the performance of a refractory carbon composite material. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2019;(8):13-22. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2019-8-13-22

Просмотров: 13

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


ISSN 1683-4518 (Print)