Методика расчета сосудов, находящихся

Под действием внутреннего давления с линейными свойствами материалов

 

Полый сосуд, находящийся под воздействием внутреннего давления, является распространенной пространственной формой среди деталей в машиностроении. Такие конструкции широко применяются в авиационной, нефтяной, газовой промышленности, в строительстве, в теплоэнергетике и т.п. Различные методы теории упругости позволяют провести прочностной анализ таких конструкций. Благодаря программе Autodesk Simulation Multiphysics 2015 (надо отметить, что существует достаточно разнообразный выбор программ других компаний) можно провести анализ напряжений и деформаций для подобных конструкций.

 

Принципиальная методика работы по расчету статических напряжений 3D модели с линейными свойствами материалов и нелинейной прокладкой

Примером применения данной программы на практике является прочностной расчет, проведенный для модели сосуда, нагруженного внутренним давлением. Модель аналога сосуда была создана в программе Autodesk Inventor[1]. Модель разрабатывалась в упрощенном виде со сглаженным контуром, с учетом характерных особенностей конструкции. На прочность рассчитывался верхний и нижний корпус модели. Фланцевое соединение корпусов осуществляется анкерными болтами. В программе предусмотрена возможность заложить прокладку с нелинейными свойствами (см. пункт 2.4.2.).

 

На рис. 28 показана разработанная модель насоса с частями корпуса, соединенными болтами.

После создания модели и разбиения ее на конечные элементы определяются граничные условия: закрепления, нагрузка (внутреннее давление q).

 

 

Рис. 28. Модель сосуда

На рис 29 показана нижняя часть корпуса с приложенным внутренним давлением и закреплением на опорах

 

 

 

Рис. 29. Нагрузки и закрепления нижней части корпуса

В результате расчета получены поля распределения перемещений (рис.30) и напряжений (рис.31) на корпусе насоса. На рис. 32 показан коэффициент безопасности, рассчитанный из условия, что допускаемое напряжение равно 50 МПа.

 

Рис. 30. Перемещений в корпусе насоса под действием внутреннего давления

 

Рис. 31. Эквивалентные напряжения по Мизесу

 

 

Рис. 32. Коэффициент безопасности

 

Картина распределения перемещений показала что при определенном давлении возможно расхождение стыка в месте соединения нижнего корпуса и крышки насоса. Это хорошо видно на увеличенном фрагменте стыка (рис.33).

 

 

Рис. 33. Смещения узлов (раскрытие стыка)

 

Расчет прокладки с нелинейными свойствами

В Autodesk Inventor создать пространственную модель с прокладкой и отверстиями для болтов. Модель состоит из верхней и нижней детали, между которыми располагается прокладка из материала с нелинейными свойствами (рис. 34).

 

 

Рис. 34. Модель конструкции двух упругих деталей

с нелинейной прокладкой и отверстиями под болты

 

Конвертировать модель из Autodesk Inventor с помощью Lanch Activ Model (верхняя правая кнопка) в Autodesk Simulation Multiphysics (Рис. 35).

Рис. 35. Конвертированная модель в Autodesk Simulation Multiphysics

На дереве модели ( FEA Editor) Part 1, Part 3 – стягиваемые детали, Part 3 – прокладка с нелинейными свойствами.

Задать тип анализа

 

Analysis Type → Static Stress with Nonanlinear Material Models (статический анализ с нелинейными свойствами материала).

Задать свойства верхней и нижней детали

На панели FEA Editor для Part 1 и Part 2 определить:

- Element Type < Brick

- Element Definition → Isotropic

- Material → ASTM A36 Steel. Bar

 

Задать свойства прокладки

Для Part 3 (прокладка)

- Part 2 → Прокладка

- Element Type → 3-D Gasket

- Element Definition → Edit Element Definition → ОК

- Material→ Edit Propeties → откроется окно Element Material Specification – Nonlinear Gasket → ввести характеристики прокладки (рис.36).

 

 

Рис. 36. Окно Element Material Specification с механическими характеристиками прокладки

В качестве характеристик нелинейных свойств прокладки используется график зависимости перемещения верхней и нижней поверхности прокладки от давления. Такая характеристика должна быть определена и представлена в виде графика как исходные механические свойства прокладки.

Добавлять точки можно командой: подвести курсор к нужной точке на кривой → ЛКМ→ Add Point to Loading Curve (рис.37).

 

 

a)

б)

Рис. 37. Добавление точек на графике нелинейных характеристик прокладки: а) последовательность окон;

б) добавленная точка

Для добавления новой кривой разгрузки необходимо подвести курсор к нужной точке (4) на кривой и нажать на ЛКМ (рис.38). Кривую 7-6 можно подправить передвинуть и добавить новые точки используя ЛКМ и команду Add Point to Unloading Curve 1 (рис.39).

 

Рис. 38. Добавление новой кривой разгрузки

 

Рис. 39. Сдвиг новой кривой разгрузки

Создание сети

Следует отметить, что сеть в прокладке должна быть создана с одним элементом по толщине (рис. 40).

Рис. 40. Сеть прокладки толщиной в один элемент

5. Вставить болты

 

На панели выбрать Bolt.

Заполнить таблицу, для этого необходимо указать тип болта (например анкерные Grounded Bolt ), поверхности, которых касается головка болта, гайка, размеры отверстия под болт и размеры самого болта (рис.41).

 

 

Рис. 41. Окно с данными болтового соединения

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. НАХОДЯЩИХСЯ В ТРУДНОЙ ЖИЗНЕННОЙ СИТУАЦИИ
2. Смежными являются уголовно-правовые нормы, которые имеют совпадающие признаки и один либо несколько несовпадающих признаков, не находящихся в отношении конкуренции.