Определение предельного давления в пересекающихся цилиндрических оболочках на основе упругопластического анализа

• Автор: Вожова, Наталья Вячеславовна
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Состояние проблемы и задачи исследования
1.1 Классификация соединений пересекающихся оболочек
1.2 Обзор публикаций по упругопластическому анализу пересекающихся оболочек и определению предельной нагрузки
1.2.1 Определение предельной нагрузки в соединениях пересекающихся оболочек
1.2.2 Экспериментальные исследования
1.2.3 Расчетные исследования
1.3 Выводы по разделу 1 и основные задачи исследования
2 Применение МКЭ для упругопластического анализа пересекающихся оболочек
2.1 Методы решения задач механики в физически нелинейной постановке
2.2 Основные зависимости теории пластического течения
2.3 Модель элемента оболочки
2.4 Вычислительный алгоритм и программная реализация
2.5 Тестовые расчеты
2.6 Сравнение расчетных результатов с экспериментальными данными
2.7 Выводы по разделу
3 Прикладная методика определения предельной нагрузки в пересекающихся цилиндрических оболочках
3.1 Выбор диаграммы деформирования материала
3.1.1 Схематизация диаграмм деформирования
3.1.2 Результаты испытаний образцов
3.1.3 Квадратичная аппроксимация диаграммы деформирования
3.2 Способы и критерии для определения предельной пластической нагрузки

3.3 Критерий максимума скорости изменения относительной пластической работы
3.4 Основные положения прикладной расчетной методики
3.5 Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных результатов
3.6 Выводы по разделу
4 Предельное давление в соединениях пересекающихся цилиндрических
оболочек
4.1 Особенности напряженного состояния пересекающихся оболочек
при упругопластическом деформировании
4.2. Результаты параметрического анализа
4.2.1 Радиальные соединения
4.2.2 Нерадиальные соединения
4.2.3 Тангенциальные соединения
4.2.4 Радиальные соединения, укрепленные накладным кольцом
4.3 Расчет промышленных конструкций
4.3.1 Расчет узла врезки сепаратора
4.3.2 Расчет штуцерного узла реактора Р-
4.4 Выводы по разделу
Основные выводы по работе
Список использованных источников

Введение
Актуальность темы. Конструктивные объекты в виде пересекающихся оболочек широко применяются в различных технических областях: химическом и нефтехимическом машиностроении, газовой, нефтегазовой и смежных отраслях промышленности, энергетическом машиностроении, криогенной технике и др. К таким объектам относятся сосуды и аппараты с патрубками и штуцерами, работающие под внутренним избыточном давлением, конструктивные соединения трубопроводов, реакторы, узлы магистральных трубопроводов и т.д. В процессе эксплуатации конструкции испытывают различного рода воздействия (механические и температурные), и обеспечение необходимой прочности является важной проектировочной задачей. Внутреннее избыточное давление является основной статической нагрузкой для рассматриваемых объектов, определяющей выбор геометрических параметров конструкции и конструктивных узлов.
Рассматриваемые конструктивные объекты чаще всего относятся к тонкостенным оболочкам. При различных видах нагружения в пересекающихся оболочках возникает существенно неоднородное напряженное состояние, нередко - с высоким уровнем концентрации напряжений в области пересечения. Поэтому конструктивные узлы в виде пересекающихся оболочек являются, как правило, наиболее напряженными для конструкции в целом, что предъявляет к ним повышенные требования в прочностном отношении.
Проблеме пересекающихся оболочек в мировой научно-технической сфере уделяют самое серьезное внимание, проводя специальные экспериментальные и теоретические исследования. На практике в определенных случаях линейный анализ является достаточным. В то же время, учитывая неполноту информации о различных параметрах конструкции, уточненное предсказание её поведения на всех этапах работы возможно только с применением методов нелинейного анализа. Во многих стандартах [46, 51, 68, 12, 29] для оценки статической прочности наиболее часто используются упругие напряжения с разделением их на категории напряжений. Однако, как показывает расчетная практика, в ряде случаев результаты расчета с использованием нормативных аналитических подходов и числен-
Ьтс/о = АХ (2.12)
При изотропном упрочнении величина А численно равна тангенсу угла наклона кривой деформирования материала для текущего состояния.
Подставляя в (2.1) соотношения (2.2), (2.7) и (2.8), получаем
с/с = В-1-с/о + Я.-Ь. (2.13)
Умножив слева обе части этого равенства на вектор ЬтО
Ьт Б с/с = Ьтс/о + Я.Ьт Б Ь (2.14)
и введя обозначения
а = БЬ, В = Ьтё = ЬТБЬ (2.15)
равенство (2.14) с учетом (2.12) запишется в виде
<1тс/с = АХ + ВХ, откуда находим выражение для множителя X
Х = ^^-. (2.16)
А + В
Подставляя это выражение в (2.13), получим
Аг = В~1Аа + Ъ^-^. (2.17)
А + В
Тогда соотношение между приращениями компонент напряжений и деформаций принимает вид
1><1Т
с/о = Б с/с-Б с/с = (б - Б 0)с/с
А + В v р’

с/а = ВерВг, (2.18)
=Ъ-ЪВ, О = -Ё1_. (2.19)
ер р р А + В А + В
Таким образом, матрица 0,.р играет роль матрицы упругости Э, связывая приращения напряжений и деформаций в упругопластической области деформирования материала. Она симметрична и имеет смысл независимо от того, равен ли нулю наклон кривой деформирования.