Материал: Строительная механика и конструкции. Сафронов В.С., Ефимов М

ние величины критического внешнего давления с результатами расчётов по [1] в предположении ny = 1.

На втором этапе был проведён численный эксперимент с помощью модели, созданной в SCAD Structure, – анализ устойчивости днища, имеющего начальные несовершенства.

Найдём зависимость критической величины внешнего давления, действующего на коническое днище перпендикулярно его поверхности, от параметров вмятины, находящейся на днище. Вмятина может появиться на любом этапе технологической цепочки изготовления сосуда, причём способы образования вмятины сложно спрогнозировать. Примем логичные допущения, что вмятина появилась после сварки сосуда и что форма вмятины соответствует форме деформирования днища при локальном силовом воздействии.

Для поиска формы вмятины использована та же самая рассмотренная выше модель, созданная в SCAD Structure. Форма вмятины может быть определена очень просто, в виде перемещений узлов модели от локального воздействия. Если исходные координаты узлов идеальной модели откорректировать на величины их перемещений, то получим модель с вмятиной.

Вмятина создана внешним давлением, перпендикулярным поверхности и приложенным в середине образующей конуса. Внешнее давление охватывает конечные элементы суммарной площадью 5×10 см2. Величина внешнего давления для создания вмятин подбиралась так, чтобы получить вмятину с заданными параметрами.

Качественная картина вмятины показана на рис. 2.

Рис. 2. Характер вмятины: 1 – зона приложения внешнего давления;

2 – участки конуса с перемещениями узлов вверх

Очевидно, что вмятина имеет сложную форму. Наибольшие по модулю перемещения узлов внутрь конуса (fz,min) зафиксированы в середине зоны 1. Наибольшие перемещения узлов вверх –

хранялось для всех вмятин.

Если знаки узловых перемещений, представляющих вмятину, поменять на противоположные, то получим зеркальное отражение – «вмятину» наружу. Сравнительные расчёты пока-

зали, что такие «вмятины» в смысле устойчивости менее опасны, чем вмятины, полученные снаружи. Дальнейшие результаты приведены для наружных вмятин, проиллюстрированных на рис. 2.

Для идеальной SCAD-модели днища критическое внешнее давление равно Pcr.e = 0,792 кг/см2 (см. выше). Этот результат принят за эталонный, с которым сравнивались результаты расчётов моделей с вмятинами.

В таблице приведены параметры вмятин и результаты расчётов. В заголовках столбцов использованы следующие обозначения:

f – величина вмятины по модулю в середине зоны 1;

f / L – относительная величина f, приведённая к длине образующей конуса L=1,21 м; f / t – относительная величина f, приведённая к толщине днища t = 5 мм;

A / Ae – отношение работ внешних сил на перемещениях узлов при статических расчётах, где A относится к модели с вмятиной, Ae – к эталонной модели;

55

Pcr – величина критического внешнего давления для модели с вмятиной.

Отношение Pcr.e / Pcr характеризует влияние вмятины на устойчивость днища и является фактически тем коэффициентом запаса по устойчивости ny, который необходимо ввести в расчёт для игнорирования начальных несовершенств (в данном случае – вмятины).

Зависимость Pcr(f) приведена на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость Pcr(f)

Результаты расчетов, приведенные в таблице и на рис. 3, показывают следующее.

1.Так как под рубашкой сосуда на расстоянии 5 мм находится корпус, то очевидно, что вмятины, приведённые в строках 3…15 таблицы, невозможны без деформирования кор-

56

пуса, т. е. грубых нарушений технологии производства, которых, строго говоря, быть не должно.

2.На всём диапазоне f уменьшение Pcr не достигло 2,4 раза. Увеличение вмятины сопровождается уменьшением критического внешнего давления только до определённой величины.

3.Влияние вмятин на устойчивость пологого конуса не настолько серьёзно, как это подразумевается нормами [3]. Днище с заметными вмятинами – порядка 5t – способно противостоять внешнему давлению с уменьшением Pcr до 17%. Очень большие вмятины (при которых сосуд РД-50-Г вообще теряет свой товарный вид) уменьшают внешнее критическое давление максимум в 1,7 раза.

4.Работа внешних сил с увеличением вмятины монотонно возрастает. В весьма малой степени это связано с увеличением площади поверхности, к которой приложена нагрузка, но в основном свидетельствует об увеличении податливости системы и косвенно указывает на отсутствие грубых ошибок в моделировании.

5.Кривая Pcr(f) в области исследованных величин f имеет локальные и глобальный экстремумы. Когда внешнее давление действует перпендикулярно поверхности конуса с вмятиной, то с увеличением вмятины растут силовые составляющие, стремящиеся выправить вмятину и сжать смежные участки. Большие вмятины (более 24t) приобретают новое качество – они играют роль элементов усиления тонкой оболочки, аналогично элементам жёсткости тонкостенных профилей.

ВЫВОДЫ

1.Результаты численного эксперимента иллюстрируют тот факт, что величина коэффициента запаса по устойчивости, рекомендованная нормами расчёта, может быть уменьшена.

2.Наличие вмятин в ряде случаев можно рассматривать как усиление тонкостенной оболочки, что оказывает положительное влияние на напряженно-деформированное состояние конструкций в целом.

Библиографический список

1.ГОСТ Р 52630-2012. Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия. Дата введения 29.11.2012. – М.: Стандартинформ, 2013. - 41 с.

2.ГОСТ Р 52857.1-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчёта на прочность. Общие требования. Дата введения 27.12.2007. - М.: Стандартинформ, 2009. - 23 с.

3.ГОСТ Р 52857.2-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчёта на прочность. Расчёт цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек. Дата вве-

дения 27.12.2007. - М.: Стандартинформ, 2009. - 41 с.

4.Вольмир А. С. Устойчивость деформируемых систем. - Изд. 2-е, перераб. и доп. -, М.: Гл. ред. физ.-мат. лит-ры изд-ва «Наука»,1967. – 984 с.

5.Устойчивость оболочек/ Э. И. Григолюк, В. В.Кабанов. – М.: Гл. ред. физ.-мат. лит-ры изд-ва «Наука», 1978. – 360 с.

6.Журавлев Г. В. К разработке СО «Положения о проведении диагностики горизонтальных резервуаров и определении их остаточной несущей способности» / Г. В. Журавлев, Д. М.

57

Саттарова, Г. М. Гималетдинов // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2006. - № 66. - С. 287-294.

7.Евдокимов В. В. К определению допустимых размеров внутренних дефектов в сварных соединениях стенки эксплуатируемых вертикальных цилиндрических резервуаров / В. В. Евдокимов, Е. М. Баско // Промышленное и гражданское строительство - 2007. - №4. - С.

22-24.

8.Венгерцев Ю. А. Повышение эксплуатационной надежности резервуаров/ Ю. А. Венгерцев// Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья: обзор. информ. - Вып. 6. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1990. - 52 с.

9.Лукьянова И. Э. Разработка модели вертикального стального резервуара для оценки его напряженно-деформированного состояния при помощи программного комплекса ANSYS / И.Э. Лукьянова // Вестник УГТУ-УПИ. Компьютерный инженерный анализ. – Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. – №11 (63). – С. 81-82.

References

1.State Standard Р 52630-2012. Steel and welded vessels and apparatuses. General technical conditions. Date of introduction 29.11.2012. – M.: Standartinform

2.State Standard Р 52857.1-2007. Vessels and apparatuses. Strength norms and design. General requirements. Date of introduction 27.12.2007. M. Standartinform, 2009. - 23 p.

3.State Standard Р 52857.2-2007. Vessels and apparatuses. Strength norms and design methods. Calculation of cylindrical and conical shells, salient and plane bottoms and covers. Date of introductions 27.12.2007. М.: Standartinform, 2009. - 41 p.

4.Volmir A.S.. Deformed systems firmness. Pub. house. 2nd , upgraded and added., М.: Chief editor of physical and math literature of pub. house “Nauka”,1967. – 984 p.

5.Grigolyuk E.I., Kabanov V.V. Shells stability. М.: Chief editor of physical and math literature of pub. house “Nauka”, 1978. – 360 p.

6.Zhuravlyov G.V., Sattarova D.M., Gimaletdinov G.M. To the development of SO “Regulation of diagnosis of horizontal reservoirs and its residual bearing capacity definition”. Problems of oil and oil products collection, preparation and transport.2006. - No 66. - P. 287-294.

7.Evdokimov V.V., Basko E.M. To the definition of acceptable sizes of inner defects in wall welded joints of operated vertical cylindrical reservoirs. Industrial and civil building. 2007. - No4. - P. 22-24.

8.Vengertsev Yu.A. Improvement of operational reliability. Transport and storage of oilproducts and hydrocarbon raw material: information observation. Issue 6. - М.: TsNIIT Eneftekhim, 1990. - 52 p.

9.Luk’yanova I.E.. Development of the model of vertical steel reservoir for assessment of its deflected mode with the help of software ANSYS. Bulletin of UGTU-UPI. Computer engineering analysis. Ekaterinburg:GOU VPO UGTU-UPI. 2005. – No11 (63). – P. 81-82.

58