Для исследования напряженно-деформированного состояния цилиндрической обечайки с теплозащитным покрытием в процессе захолаживания бака, предназначенного для жидкого водорода, проведено конечно-элементное моделирование части цилиндрической обечайки такого бака в программном комплексе ANSYS. Исследование выполнено на трансверсально-составном кольцевом элементе, представляющем собой аналог цилиндрической обечайки. Построенная конечно-элементная модель такого кольца состоит из двух твердотельных колец — несущего металлического кольца и кольца из пенопласта, между которыми существует идеальный контакт с односторонней связью без трения, задаваемый в программном комплексе как Frictionless. При построении сетки твердотельных колец использованы восьмиузловые конечные элементы типа SOLID225 в форме параллелепипеда. Конечные элементы данного типа позволяют проводить расчет одновременно для двух различных физических процессов. Вначале определялось поле температур и тепловых потоков, а затем по полученным результатам находили термические деформации в соответствии с механическим нагружением и кинематическими граничными условиями. Схема закрепления трансверсально-составного кольца имитировала деформирование части цилиндрической обечайки бака, поэтому оба слоя одного торца были жестко закреплены, чтобы исключить осевое перемещение и поворот. На другом торце каждый слой составной конструкции оставался плоским и перпендикулярным оси кольца. Внутренняя поверхность составного кольца охлаждалась с 293K до 20K, на внешней поверхности происходил конвективный теплообмен с окружающей средой; учитывалось постоянное внутреннее давление 0,1 МПа. По результатам проведенного расчета установлено, что расслоение трансверсально-составной конструкции происходит вследствие больших термических деформаций, превышающих деформации от воздействия внутреннего давления.

EDN  VWGKLM