naprężenia cieplne, metoda odwrotna, koncentracja naprężeń, energetyka ciepłownicza, modelowanie odwrotne procesów cieplnych
thermal stresses, inverse method, stress concentration, district heating engineering, inverse heat modelling
Rozprawa dotyczy opracowania szybkiej, niezawodnej i dokładnej metody wyznaczania naprężeń cieplnych w grubościennych cylindrycznych elementach kotłów energetycznych z otworami technologicznymi. Problem ma znaczenie w eksploatacji urządzeń ciśnieniowych, gdzie cykliczne obciążenia cieplne sprzyjają powstawaniu pęknięć zmęczeniowych. Celem było uzyskanie wyników porównywalnych z metodą FEM, lecz w znacznie krótszym czasie i z odpornością na zakłócenia pomiarowe. Metoda łączy podejście odwrotne z regularyzacją i filtracją, opiera się na normie DIN EN 12952-3 oraz uwzględnia rzeczywiste właściwości materiałów w funkcji temperatury. W modelu zastosowano wzór Dittusa–Boeltera do oszacowania współczynnika przejmowania ciepła, co przyspieszyło modelowanie warunków brzegowych. Szczególną uwagę poświęcono modelowaniu otworów jako lokalnych koncentratorów naprężeń, umożliwiając szybkie mapowanie i wykrywanie stref krytycznych. Węzłowy model iteracyjny pozwala wyznaczać temperatury i naprężenia w całej objętości elementu, także przy zmiennych właściwościach materiałowych. Metoda jest szybka, stabilna, skalowalna i możliwa do integracji z systemami pomiarowymi, co czyni ją użyteczną w energetyce, przemyśle chemicznym i innych branżach wymagających bieżącej analizy stanu naprężeń.
The dissertation focuses on developing a fast, reliable, and accurate method for determining thermal stresses in thick-walled cylindrical components of power boilers with technological openings. This issue is crucial for pressure equipment operation, where cyclic thermal loads promote fatigue crack initiation. The aim was to achieve results comparable to the FEM method, but in much less time and with resistance to measurement noise. The method combines an inverse approach with regularization and filtering, is based on the DIN EN 12952-3 standard, and accounts for actual material properties as a function of temperature. The Dittus–Boelter equation was applied to estimate the heat transfer coefficient, accelerating boundary condition modeling. Special attention was given to modeling holes as local stress concentrators, enabling rapid mapping and detection of critical zones. A nodal iterative model determines temperatures and stresses throughout the element volume, also for temperature-dependent material properties. The method is fast, stable, scalable, and can be integrated with measurement systems, making it applicable in power engineering, chemical industry, and other sectors requiring real-time stress analysis.
