Разработка и анализ конструкторско-технологических решений композитных тройников трубопроводов

• Автор: Кравченко, Евгений Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.07.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил

Содержание
Введение

Глава 1. Анализ состояния вопросов. Цель и задачи исследования

1.1. Анализ конструкторско-технологических решений фасонных элементов трубопроводов топливных систем авиационной промышленности и нефтепроводов

1.2. Анализ технологических решений в производстве композитных тройников

1.3. Анализ существующих подходов к проектированию конструкции

и технологии изготовления изделий из композитов

1.4. Цель и задачи исследования

Глава 2. Разработка методик для конструирования и расчета фасонных

элементов трубопроводов из КМ

2.1. Модели приближенного расчета конструктивно-технологических
^ параметров фасонных элементов трубопроводов
2.2. Использование метода конечных элементов для проектного расчета многослойных конструкций из КМ
2.3. Конструкторско-технологическое проектирование тройников, изготовленных склеиванием стеклопластиковых труб
Глава 3. Модели совмещенного конструкторско-технологического
проектирования тройника из КМ. Разработка и построение
морфологических блоков и баз данных
3.1. Алгоритм и этапы синтеза конструкторско-технологических решений фасонных элементов трубопроводов из ПКМ
3.2. Выбор предпочтительных вариантов с использованием функций полезности и платы за полезность
3.3. Разработка и построение морфологических блоков и баз данных конструкции фасонных элементов трубопроводов из ПКМ

3.4. Разработка и построение морфологических блоков и баз данных технологии изготовления фасонных элементов трубопроводов из ПКМ
3.5. Создание укрупненного техпроцесса
3.6. Создание конструкторско-технологической документации для синтезированных вариантов
Глава 4. Практическое применение разработанных моделей
конструкторско-технологического проектирования криогенного и нефтепромыслового тройников
4.1. Анализ технического задания на разработку криогенного тройника
4.2. Совмещенное конструкторско-технологическое проектирование криогенного тройника
4.3. Выбор конструктивно-технологических параметров силовой
оболочки криогенного тройника
4.4. Анализ технического задания на разработку нефтепромысловых тройников магистральных трубопроводов
4.5. Совмещенное конструкторско-технологическое проектирование нефтепромыслового тройника поддержки пластового давления
4.6. Выбор конструктивно-технологических параметров силовой
оболочки нефтепромыслового тройника
Заключение и общие выводы по диссертационной работе
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Применение композиционных материалов (КМ) определяется необходимостью повышения эффективности разрабатываемых конструкций. В свою очередь КМ открывают возможности для реализации принципиально новых конструкторских решений и технологических процессов. Эффективная реализация достоинств этих материалов в конструкциях требует решения комплекса задач, связанных с конструированием изделия, выбором материалов, с определением рациональной структуры материала, соответствующей полю механических, тепловых, химических и других воздействий, с учетом существующих технологических ограничений.
На рис. 1.1 представлена круговая диаграмма потребления полимерных композиционных материалов (ПКМ) в наиболее развитых государствах мира в различных отраслях народного хозяйства. Как следует из рис. 1.1, наибольшее применение ПКМ в настоящее время находят в нефтегазодобывающей промышленности, в авиаракетостроении и в космических программах.
■ Нефтегазодобывающая гфомышпежосгь <28.7%)
■ Ааиарсквгостроенив (18%)
□С да остро»«« (12,4%)
□Хиинюав цямышииш»
(11,9%)
■Энергвтиса<Я2%)
ИАетсмобипвстров»«. транспорт (7,4%)
И Строительство (6,2%)
И Товары неродного потрвбл»**!
(4.1%)
■ Пр»*в (2,1%)
Рис. 1.1. Мировое потребление ПКМ
Для снижения массы конструкции необходимо широкое применение новых материалов (в первую очередь ПКМ) и использование методов оптимального проектирования. Композиционные материалы используются в производстве транспортных (АН-28, АН-72, "Руслан"), пассажирских (ИЛ-86, ИЛ-96-300, ИЛ-114, ТУ-204, ТУ-334), спортивных (СУ-26М, СУ-29), военных (СУ-27, С-37, изд. 70) самолетов.
4,1 2,

У проектирования приходится сталкиваться с большим числом
неопределенностей технического и экономического характера, связанных как с оценкой самой конструкции, так и с технологией ее создания.
Современные САБ-системы позволяют создать параметризированную твердотельную модель почти любой конструкции. В САПР-системах СаПа, 8оИс1Уогк8, иш§гарЫсз предусмотрены специальные модули для работы с трубопроводами. Эти модули позволяют:
• модернизировать библиотеку стандартных элементов (тройников, отводов, труб стандартного диаметра) под нужды конкретного предприятия,
• задать маршрут прокладки любой кривизны, а далее, используя библиотеку стандартных элементов и точки соединения, автоматически создается модель сборки.
• провести дополнительные расчеты (в частности методом конечных элементов).
^ Применение этих систем опробовано на различных предприятиях для
проектирования и расчета изотропных конструкций. В случае использования этих систем для изделий из ПКМ необходимо провести дополнительные работы. Во-первых, стандартные элементы должны являться не деталями, а сборочными единицами. Кроме того, при расчетах в универсальных программах не учитывается анизотропия конструкции.
Впервые решение задачи определения напряжённого состояния соединения “тройник” для изотропного материала методом конечных элементов проведено в Калифорнийском университете Л.Геррманном и Д.Кемпбеллом в 1968г. Оболочки заменялись совокупностью плоских четырёхугольных элементов, каждый из которых обладал 16 степенями свободы. В работе Куликова Ю.А. [37] для расчета использовались прямоугольные конечные элементы Кантина-Клафа обладающие радиусами кривизны. При применении искривленных конечных элементов (КЭ) достаточно меньшей размерности системы.
# В дальнейшем были разработаны конечные элементы для многослойных