Выбор и обоснование конструкций дуг безопасности котлов цистерн

• Автор: Черепов, Олег Вячеславович
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 157 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ ТРАНСПОРТИРОВКИ ОПАСНЫХ ГРУЗОВ
1.1. Анализ аварийных ситуаций
1.2. Конструктивные решения по повышению безопасности транспортировки опасных грузов
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ ОБОЛОЧЕЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
2.1. Обоснование и выбор конечных элементов для идеализации котла цистерны
2.2. Построение разрешающих уравнений метода конечных элементов
на основе принципа возможных перемещений
2.3. Определение матрицы жесткости плоского конечного элемента треугольной формы
3. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ДУГ БЕЗОПАСНОСТИ КОТЛОВ ЦИСТЕРН
3.1. Выбор и обоснование расчетной схемы котла цистерны
3.2. Формирование нагрузок, действующих на котел цистерны, и схемы их приложения
3.3. Результаты расчета котла на действующие нагрузки и сопоставление их с данными теоретических исследований
3.4. Напряженно-деформированное состояние дуг безопасности котлов цистерн
4. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ДУГ БЕЗОПАСНОСТИ КОТЛОВ ЦИСТЕРН
4.1. Варианты конструктивного исполнения дуг безопасности и их
расчетные схемы

4.2. Анализ напряженно-деформированного состояния конструкций
дуг безопасности
4.3. Оценка влияния конструкций дуг и способов их крепления на напряженно-деформированное состояние котла цистерны
ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
В Советском Союзе грузовые вагоны выпускали семь заводов России и четыре завода Украины. Суммарная расчетная мощность этих одиннадцати заводов на 1 января 1991 года составляла 73,12 тыс. единиц в год, из которых на долю России приходилось 48,5 %, а на Украину 51,5 %. При этом действовала широкая внутриотраслевая кооперация вагоностроительных заводов и сложившаяся система поставки комплектующих частей, полуфабрикатов и материалов /1/.
После распада СССР, как единого государства, на отдельные (независимые) республики, в России не осталось предприятий, специализирующихся на выпуске многих разновидностей грузовых вагонов (вагонов-цистерн для перевозки нефтяных грузов, кислот, ядохимикатов, сжиженных газов и других) /1/.
' Поскольку до 1992 года все научные исследования, посвященные методикам расчетов котлов цистерн были целенаправленны на конкретные предприятия (как правило, ПО «Азовмаш») и целиком передаватись им, то в итоге оказалось, что Российские вагоностроительные заводы, приступившие к изготовлению цистерн, не имеют ни технической, ни методической базы, позволяющей производить прочностные расчеты котлов с последующей оценкой напряженно-деформированного состояния.
В настоящее время крупнейший вагоностроительный завод России -ГПО «Уралвагонзавод» выпускает цистерны для перевозки широкой номенклатуры грузов: нефтеналивные, газовые, кислотные и другие.
В то же время конструкторское бюро по вагоностроению не располагает необходимыми методиками проведения прочностных расчетов котлов цистерн Так, первые котлы цистерн для перевозки сжиженных газов были рассчитаны и поставлены заводу СП «Простор».
В связи с этим, с момента начала проектирования цистерн на ГПО «Уралвагонзавод» было принято решение об оказании помощи со стороны

ций и для более простых элементов) существенно снижает точность расчета, а иногда может привести и к отсутствию сходимости решения.
Геометрия котла цистерны утрированно может быть разбита на две оболочки:
- развертывающейся на плоскость поверхностью (цилиндрическая оболочка);
- не развертывающейся на плоскость поверхностью (поверхность двоякой кривизны - днище).
Поэтому для расчета оболочек (в общем случае) и котла цистерны (в частности) с точки зрения физического смысла целесообразно, использование плоских КЭ. При этом можно добиться удовлетворительной точности решения/25, 31, 41...52/.
При этом срединная поверхность оболочки обычно аппроксимируется системой плоских КЭ треугольной или четырехугольной формы. Элементы треугольной формы подходят больше, поскольку они лучше аппроксимируют кривую поверхность. Плоскими четырехугольными элементами аппроксимировать поверхность можно только при условии, если вершины четырехугольника выбираются на пересечении пар линий основных кривых поверхностей. Цилиндрические поверхности могут аппроксимироваться с помощью плоских КЭ прямоугольной формы /44/.
КЭ оболочки можно получить простой комбинацией конечных элементов плоского напряженного состояния и для изгиба пластины с удовлетворением всех необходимых требований.
При применении системы плоских КЭ всегда появляется геометрическая ошибка из-за различия в геометрии действительного объекта и соответствующей расчетной модели. Она может оказывать такое же или большее влияние на результат расчета, чем ошибка в аппроксимации полей основных неизвестных в элементе /44/. При применении треугольного элемента, снижая его значение, можно значительно уменьшить воздействие геометрической