Напряженное состояние, прочность и долговечность штуцерных узлов разных конструкций в сосудах давления

• Автор: Мордина, Галина Михайловна
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 237 с. : ил.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ, НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ И ПРОЧНОСТИ СОСУДОВ ДАВЛЕНИЯ С ПАТРУБКАМИ
1.1. Условия эксплуатации, особенности конструирования и характеры отказа сосудов давления с патрубками
1.2. Методы исследования напряженного состояния тонкостенных штуцерных узлов
1.3. Анализ инженерных методик расчетной оценки напряженного состояния штуцерных узлов
1.4. Методы исследования несущей способности штуцерных узлов
1.5. Анализ применимости теории тонких оболочек при численном исследовании напряженного состояния штуцерных узлов
1.6. Исследование рациональных форм и конструктивного оформления штуцерных узлов сосудов давления
1.7. Основные выводы и постановка задачи
2. РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБЪЕМНОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ШТУЦЕРНЫХ УЗЛОВ
2.1. Методические основы метода конечных элементов при исследовании осесимметричного напряженно-деформированного состояния
2.2. Напряженное состояние эллиптических днищ с патрубками и сферических днищ с патрубками, выполненными с торообразным переходом
2.3. Несущая способность сферических днищ с патрубками
3. РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ШТУЦЕРНЫХ УЗЛОВ РАЗНОЙ КОНСТРУКЦИИ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕОРИИ ТОНКИХ ОБОЛОЧЕК
3.1. Методические основы МКЭ в теории тонких оболочек, реализованного в программном комплексе ТУПРОК
3.2. Границы применимости теории тонких оболочек при расчетах напряженного состояния сферического днища в зоне штуцерного узла, выполненного с торообразным переходом, и эллиптических днищ с патрубками
3.3. Сравнительные исследования напряженного состояния эллиптических днищ в зоне штуцерных узлов, выполненных с накладным кольцом и с монолитной вставкой

3.4. Вариантные исследования напряженного состояния цилиндрической оболочки с примыкающим патрубком
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ И ПРОЧНОСТИ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЛИПТИЧЕСКИХ ДНИЩ С ПАТРУБКАМИ
4.1. Техника и методика эксперимента
4.2. Влияние реальной формы элементов штуцерного узла на напряженное состояние и прочность и сравнительный анализ напряженного состояния двух конструкций штуцерных узлов
4.3. Сравнительный анализ прочности штуцерных узлов с накладными кольцами и с монолитными вставками
4.4. Пластическое деформирование эллиптического днища в процессе нагружения внутренним давлением до разрушения
5. ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ОБОЛОЧЕК СО ШТУЦЕРНЫМИ УЗЛАМИ РАЗНОЙ КОНСТРУКЦИИ
5.1. Рациональное проектирование штуцерных узлов в эллиптических днищах
5.2. Графическая и аналитическая аппроксимация результатов вариантных исследований коэффициентов увеличения напряжений в цилиндрической оболочке с примыкающим патрубком
5.3. Графическая и аналитическая аппроксимация результатов вариантных исследований коэффициентов увеличения напряжений в эллиптическом днище с примыкающим патрубком
5.4. Исследование температурных полей и напряжений в зоне соединения штуцера и оболочки при разных температурах сред
5.5. Оценка прочности и долговечности штуцерных узлов различных конструкций

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
СОКРАЩЕНИЯ
НС - напряженное состояние.
НДС - напряженно-деформированное состояние.
МКЭ - метод конечных элементов.
ТТО - теория тонких оболочек.
МПа - мегаПаскаль.
ОСТ - отраслевой стандарт.
ГОСТ - государственный стандарт.
ИрГУПС - Иркутский государственный университет путей сообщения.
ОАО «ИркутскНИИхиммаш» - Открытое акционерное общество «Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического и нефтяного машиностроения».
ИФ ИЛФ СО АН - Иркутский филиал Института лазерной физики Сибирского отделения Академии наук.

Проведение расчётов упругопластического состояния в зоне вводов осуществлялось с помощью программного комплекса «Solid», разработанного Б.А. Щегловым, С.И. Федотовой и Л.Б. Цвиком в Институте Машиноведения АН СССР и в ОАО «ИркутскНИИхиммаш». Комплекс «Solid» реализует решение осесимметричной задачи теории течения, определяемой соотношениями (2.3.1) - (2.3.10), с помощью описанного выше алгоритма Ямадо. Применяется вариант МКЭ, использующий четырехугольный изопараметрический конечный элемент с прямолинейными сторонами и билинейной интерполяционной функцией [31, 119]. В соответствии с методикой Ямадо шаги приращения давления подбираются автоматически из условия появления пластических деформаций в очередном конечном элементе. Координаты узлов конечно-элементной дискретизации после каждого шага нагружения пересчитываются с учетом возникающих на шаге перемещений.
При численном исследовании был рассмотрен вариант узла ввода с патрубком постоянной толщины Sn (рис. 2.3.1) на сферическом днище, изготовленном из стали 09Г2С с пределом текучести ат = 275 МПа и пределом прочности ств = 440 МПа. Сосуд спроектирован в ИркутскНИИхиммаше в качестве модели испытательного гидростенда высокого давления для Киевского политехнического института. Рабочее давление в сосуде составляло рр = 20 МПа.
Стенку цилиндрической части сосуда принимали многослойной, внутренний диаметр сферического днища DK= 1600 мм и диаметр патрубка D„= 800 мм. В соответствии с нормами [74] значения расчетных геометрических параметров (рис. 2.3.1) составили: SK= 70 мм, Sn= 80 мм, гв= 25 мм, гн= 100 мм.
Общая высота сферического днища Н принималась такой, что характер распределения нормальных напряжений стп, действующих на торце патрубка, не влиял на НДС закругления кромки отверстия (т.е. на радиусе гв). Толщина многослойной цилиндрической стенки составляла 80 мм. Расчётное давление опрессовки сосуда рт, определяемое в соответствии с технологическими нормами [77], составляет в рассматриваемом случае 36 МПа.