Осесимметричное напряженное состояние и прочность сферических сосудов высокого давления с патрубками

• Автор: Зорина, Галина Георгиевна
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 153 с.

СОКРАЩЕНИЯ НДС - напряжённо-деформированное состояние.
НС - напряжённое состояние.
МКЭ - метод конечных элементов.
КЭ- конечно-элементный, конечный элемент.
МПа - мегапаскаль.
ЭВМ - электронно-вычислительная машина.
ОСТ - отраслевой стандарт.
ГОСТ - государственный стандарт.
ИрГ'ТУ - Иркутский государственный технический университет.
ИрГУПС - Иркутский государственный университет путей сообщения. ВСГТУ - Восточно-сибирский государственный технологический университет.
ИГиЛ СО РАН - Институт гидродинамики Сибирского отделения Российской академии наук.
ОАО АНХК - Открытое акционерное общество “Ангарская нефтехимическая компания”.
ОАО ИркутскНИИхиммаш - Открытое акционерное общество “Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения”.
ОАО БЦБК — Открытое акционерное общество “Байкальский целлюлозобумажный комбинат”.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ, НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ И ПРОЧНОСТИ СФЕРИЧЕСКИХ СОСУДОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ С ПАТРУБКАМИ
1.1. Особенности конструкций, условий эксплуатации и предельных состояний сферических сосудов с патрубками, рассматриваемых в диссертации
1.2. Развитие методов расчета напряженно-деформированного состояния сферических сосудов с патрубками и методов их расчета на прочность
1.3. Методы расчета полей напряжений, основанные на теории топких пластин и оболочек
1.4. Методы исследования напряженного состояния патрубковой зоны, учитывающие объёмность напряжённого состояния
1.5. Дискретное моделирование, программная реализация и повышение точности МКЭ при определении напряженно-деформированного состояния осесимметричной патрубковой зоны
1.6. Выводы. Формулирование цели и постановка основных задач диссертационной работы
2. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ КОНЕЧНОЭЛЕМЕНТНЫЕ МОДЕЛИ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ НАПРЯЖЁННЫХ СОСТОЯНИЙ ПАТРУБКОВОЙ ЗОНЫ СФЕРИЧЕСКИХ СОСУДОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
2.1. Напряжённое состояние сферических сосудов давления с цилиндрическими патрубками и постановка соответствующих краевых задач теории упругости
2.2. Локально-управляемые двумерные конечно-элементные модели патрубковой зоны и повышение точности расчёта НДС
2.3. Программная реализация метода конечных элементов при исследовании НДС осесимметричных патрубковых зон
2.3.1.Основные алгоритмические решения
2.3.2. Повышение точности дискретного моделирования при фиксированных вычислительных ресурсах
2.4. Особенности тестирования программных средств при исследовании концентрации напряжений в осесимметричной патрубковой зоне
2.5. Выводы
3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ВАРИАНТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОБЪЁМНОГО ОСЕСИММЕТРИЧНОГО НДС ПАТРУБКОВ И ОЦЕНКА ДОСТОВЕРНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ КЭ-МОДЕЛИРОВАНИЯ
3.1. Параметрические модели патрубковой зоны и автоматизация вариантных исследований её осесимметричного объёмного НДС

3.2. Оценка погрешности дискретного моделирования НДС соединения патрубка с корпусом с помощью горообразной вставки и тес- 73 товая задача о сжатии кольца сосредоточенными силами
3.3. Апробация построенного решения задачи об изгибе упругих ко-лец. Сжимаемых в своей плоскости сосредоточенными силами
3.4. Выводы
4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ ПАТРУБКОВОЙ ЗОНЫ СФЕРИЧЕСКИХ СОСУДОВ ВЫСО- 92 КОГО ДАВЛЕНИЯ
4.1. Выбор основных конструктивных параметров патрубковой зоны
4.2. Особенности осесимметричного деформирования патрубковой ^ зоны сферических сосудов с цилиндрическими патрубками
4.3. Зависимость эквивалентных напряжений в зоне патрубков, примыкающих непосредственно к корпусу сферического сосуда, от 100 основных геометрических параметров патрубковой зоны
4.4. Влияние параметра гн/в„ на расположение точек с максимальным ^ уровнем напряжений
4.5. Особенности деформирования сосудов давления, патрубок которых соединён с корпусом сосуда с помощью торообразного
перехода
4.6 Выводы
5. МЕТОДИКА РАСЧЁТА НАПРЯЖЁННОГО СОСТОЯНИЯ И РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТИВНЫХ РЕКОМЕНДАЦИЙ,
НАПРАВЛЕННЫХ НА ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ПАТРУБКОВ
5.1. Определение коэффициентов концентрации эквивалентных
напряжений в случае патрубков, примыкающих непосредственно к 118 корпусу сосуда
5.2. Выбор конструктивно рациональных значений радиуса наружного округления в зоне сопряжения корпуса сосуда и патрубка,
иримыкющего непосредственно к этому корпусу
5.3. Определение коэффициентов концентрации эквивалентных
напряжений в случае патрубков, сопряжённых с корпусом 123 сферического сосуда с помощью горообразных переходов
5.4. Выбор конструктивно рациональных значений радиуса торообразного перехода, сопрягающего патрубок с корпусом
сосуда
5.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

сти дифференциальные операторы теории поля имеют аналогичный вид и приведены, например, в /18/. Предполагается, что компоненты вектора перемещений являются функциями достаточно гладкими, чтобы величины, определяемые равенствами (2.1.16), (2.1.17), существовали в рассматриваемой области почти везде.
Рассмотрим теперь в пространстве г, в, z осесимметричное упругое тело //»(совпадение обозначений с величиной D в (2.1.13) не должно вызывать затруднений), ограниченное поверхностью S. Уравнения теории упругости в перемещениях записываются в виде /65/
La = (X + р) grad div u + р Д и = 0. (2.1.18)
Уравнения (2.1.18) рассматриваются в области Д ограниченной поверхностью S = Su + S„ + Suo, при краевых условиях
u|s =ф(М) при MeS,; (V'T)|S = *№) при (2.1.19)
(“■v)|sua = В приведённых соотношениях v - единичный вектор внешней нормали к поверхности S. Вектор т - единичный вектор, ортогональный к вектору v, лежащий в осевом сечении тела вращения D. Условия, определяемые равенствами (2.1.20), являются краевыми условиями смешанного типа: по нормали к поверхности Sua задаются перемещения точек этой поверхности, в касательном направлении задаются силовые внешние воздействия. Вектор т ориентирован при этом так, что в координатной плоскости 6» = 0, проходящей через ось симметрии z, пара единичных векторов т, v также как и единичные векторы е е. определяют правую систему координат. Символ “ • ”, входящий в уравнение (2.1.20), означает скалярное произведение векторов или произведение вектора и тензора /65/. Условия вида (2.1.20) (точнее - условия симметрии, при которых в (2.1.20) tpv,FT= 0) используются далее при формулировании краевых условий в стенке сосуда вдали от отверстия ввода. Правые части уравнений (2.1.19), (2.1.20), как и поверхность S предполагаются достаточно гладкими для существования решения краевой задачи (2.1.18)-(2.1.20), непрерывного со своей производной, почти везде в области D.
Основные уравнения дискретной математической модели напряжённого состояния деформируемого тела. Численная реализация математической модели, заданной уравнениями (2.1.18) — (2.1.20) осуществляется с помощью метода конечных элементов (МКЭ) в форме метода перемещений /39/. Рассмотрим осевое сечение тела вращения, разбитое на нзопараметри-ческие конечные элементы (КЭ), число которых равноNe. Рассмотрим также
некоторый конкретный КЭ, номер которого равен е, e