Технологии TDMS, CADUser
Проблемите с изчисляването на якостта и твърдостта на свързващите елементи често се срещат при проектирането на капацитивно оборудване и тръбопроводи, както и по време на диагностика в процеса на работа. Обикновено се изисква да се определят допустимите натоварвания върху анкерната единица или да се направи изчисление за проверка за дадени натоварвания.
Вътрешната регулаторна рамка, която позволява подобни изчисления, днес практически липсва. Той съдържа само метод за изчисляване на укрепването на отвора. RD 26.260.09−92 не е получил широко практическо приложение поради ограниченията, наложени на изчислителния модел и ниската точност на изчислението. Има чужди методи (например WRC 107/297), но дори и с тяхна помощ могат да се изчислят само ортогонални разфасовки, без да се вземат предвид горните пръстени. Във всички останали случаи трябва да се използват специални методи.
Обикновено се приема използването на метода на крайните елементи (МКЕ), който позволява анализ на състоянието на напрежение и деформация (SSS) на произволни конструкции. Недостатъците на този подход са очевидни: сложността на изграждане на модел с крайни елементи, избор на метод за изчисление и оценка на получените резултати, високи изисквания за квалификация на специалист, извършващ изчислението, както и цената на специализиран софтуер. Като правило това води до необходимостта да се свържете със специализирана организация за извършване на изчислението.
С помощта на "Stutser-FEM" е възможно да се изчислят преминаващи и непроходими, прави и наклонени фитинги с различни видове армировка, вградени в цилиндрични, конусни, елипсовидни и плоски елементи, като се отчита влиянието на агресивна среда. В допълнение към изчислението за посочените параметри, програмата генерира таблици с допустими натоварвания на свързващия блок.
Освен това е възможно да се извършат якостни изчисления съгласно WRC 107/297 и укрепване на отворите съгласно .
Какво има вътре?
Дизайн модел
При изчисляване на напрегнато-деформираното състояние на свързващия възел по метода на крайните елементи, програмата използва линеен 4-възлов четириъгълен обвивен елемент, подобен на елемента SHELL43 на програмата ANSYS.
Изчислените стойности на натоварването се прилагат в центъра на капака на дюзата. Капакът е плосък диск с висока твърдост. Стойностите и посоките на дадените сили и моменти съответстват на схемите, показани на фиг. 1.
Оценката на получените резултати от SSS в областта на инсерцията се извършва автоматично. В същото време локалните напрежения се отделят от "пиковите", които се намират в много малка зона от концентратори на напрежение, бързо се разпадат и практически не влияят на оценката на якостта за статични изчисления на конструкции от пластмасови материали. В същото време за локалните мембранни и напрежения на огъване има регулаторна рамка за оценка на техните гранични стойности [2].
За разграничаване между "пикови" и локални зони на напрежение се използва подход, подобен на този, използван от известната компания Paulin Research Group (разработчик на NozzlePRO, FEPipe и др.). Крайните елементи, прилежащи директно към линията на пресичане на разклонителната тръба и обвивката (елементи на "заваряване"), имат променлива дебелина. При определяне на дебелините се вземат предвид минималните размери на заваръчния шев, дебелината на корпуса и разклонителната тръба (фиг. 2). При определяне на дебелината на "заваръчните" елементи се взема предвид необходимостта да се осигури еднаквост на твърдостта на заваръчния шев, корпуса и тръбата в зоната на заваряване.
Максималните стойности на локалните напрежения се определят за елементите, непосредствено съседни на "заваръчните" елементи.Напреженията за самите "заварени" елементи не се откриват или извеждат.
Нива на разбивка на крайни елементи
Получените резултати са силно повлияни от качеството на разрушаването на крайните елементи и размерите на крайните елементи (FE), главно директно в точката, където разклонителната тръба е вкарана в корпуса, където има висок градиент на напрежението. С увеличаване на броя на елементите (ниво на трасиране), които описват местоположението на връзката, се увеличава точността при определяне на разпределението на напрежението (фиг. 3).
Програмата Fitting-FEM предоставя възможност за изчисление с едно от петте нива на разбивка. Първото ниво съответства на разбивката с най-малък брой елементи, което ви позволява да извършвате изчисления с минимална компютърна памет и време. Използването на петото ниво на разбивка ви позволява да изчислите рамката с максималния брой елементи. Такова изчисление дава по-точни резултати, но също така изисква голямо количество RAM и време за изчисление.
Точността на получените напрежения също се влияе от вида на свързването (наличие на наслагващ пръстен, ъгълът на наклон за наклонено свързване и т.н.), разликата в дебелината на корпуса и разклонителната тръба, дебелината на заваръчния шев, ръбовия ефект
За да се оцени влиянието на тези фактори върху точността на изчислението, бяха извършени редица сравнителни изчисления за различни видове обвързване. Оценката на резултатите от изчислението е извършена по отношение на относителната точност за различни видове натоварване.
Относителната точност се отнася до съотношението на получените максимални стойности на напрежението на петото и текущото ниво на разрушаване. В същото време относителната точност на петото ниво на разбивка беше приета равна на 1,05. На фиг. 4 показва влиянието на нивата на разрушаване на възела на радиалното връзване на дюзата в цилиндричната обвивка върху относителнататочност на получените стойности на максималните напрежения.
Както може да се види от фигурата, с намаляване на размера (увеличаване на броя) на FE, получените стойности на максималните напрежения се увеличават. В този случай размерът на FE има максимален ефект върху напреженията от действието на сили и моменти и минимален ефект върху налягането. При използване на наслагващ пръстен или с увеличаване на дебелината на черупката спрямо дебелината на дюзата, влиянието на размера на FE също се увеличава.
За да се отрази степента на влияние на разрушаването на крайния елемент върху получените резултати, се въвеждат така наречените коефициенти на разбивка. Техните стойности са получени на базата на сравнителни изчисления, извършени за различни свързващи възли. За всяко ниво на разбивка се избират максималните стойности на относителните стойности на точност.
Коефициентите на разрушаване се използват като допълнителна граница на безопасност при определяне на допустимите напрежения за съответните нива на разрушаване. Приетите фактори на разбивка в зависимост от тяхното ниво са показани в таблица 1.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1.3 | 1.2 | 1.14 | 1.09 | 1.05 |
Допустими натоварвания на арматурата
При определяне на допустимото натоварване, неговата единична стойност се умножава по получената минимална граница на безопасност. Крайните стойности образуват таблица с индивидуални допустими натоварвания (Таблица 2).
| Fx Nm | Fy Nm | Fz Nm | Mx Nm | Моите Nm | Mz Nm | р MPa |
Освен това се определят допустимите натоварвания на фитинга при липса на налягане. В този случай допустимите натоварвания се определят от условието, че когатопри едновременното им действие върху фитинга и липсата на натиск максималните напрежения не надвишават допустимите. Изчислителната практика показва, че това условие се изпълнява при товари, равни на 1⁄3 от допустимите индивидуални товари.
Под действието на проектното налягане допустимите натоварвания се намаляват допълнително със стойността
, където p - проектно налягане; [ p ] - допустима стойност на налягането, която се определя от таблица 2. Коефициентът 0,87 отчита, че под действието на натиск с натоварвания локалните мембранни напрежения не трябва да надвишават 1,5 [ σ ], докато под действието на само налягане - 1,3 [ σ ] [2].
Получените натоварвания образуват таблица с допустимите натоварвания върху фитинга при проектно налягане. Тази таблица може да се препоръча при определяне на допустимите натоварвания на фитинг при изчисления на якост на тръбопроводи на съд (апарат).
Имайте предвид, че допустимите натоварвания при проектно налягане са консервативни. Като правило, при едновременното им прилагане, като се вземе предвид налягането, максималните напрежения са 50–80% от допустимите стойности. Следователно, за да се направи заключение относно работоспособността на връзката в ситуация, при която натоварванията надвишават допустимите стойности, е необходимо допълнително изчисление с получените натоварвания.
Твърдост на вмъкване
Твърдостта на връзката се определя като съотношението на приложените сили (моменти) към получените съответните премествания (ъгли) (Таблица 3).
| Cx | Cy | cz | MCx | MCy | MCz |
Потребителски интерфейс
Интерфейсът на програмата е прост и интуитивен. За изчисление е необходимо да изберете типа на носещия елемент, конструктивната схема на дюзата, комплектагеометрични размери и натоварвания върху закрепващия възел (фиг. 5). След това натиснете единствения бутон - Изчисление.
Резултатите от изчислението включват илюстрации на разпределението на различните видове напрежения, заключение за работата при дадени натоварвания, таблици на допустимите натоварвания (фиг. 6).