WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

На начальной стадии нагружения возникают максимальные напряжения, которые в дальнейшем уменьшаются за счет возможности перемещения трубопровода на опорах. В дальнейшем, при прекращении перемещений, возникают зоны локальных концентраций напряжений. На рисунке 9 представлены наиболее нагруженные участки трубопроводов, которые не фиксировались программным комплексом СТАРТ.

Рисунок 9 – Участки с повышенными значениями напряжений

На рисунках 10-12 представлены эпюры распределения эквивалентных напряжений по длине рассмотренных участков.

Рисунок 10 - Эпюра напряжений на участке 1

Рисунок 11 - Эпюра напряжений на участке 2

Рисунок 12 - Эпюра напряжений на участке 3

Таким образом, выявлены две особенности при сравнительном анализе методов расчета:

- стандартный метод расчета в узловых точках дает завышенные значения эквивалентных напряжений по сравнению с расчетом по методу конечных элементов;

- в пролетах трубопроводных конструкций по стандартному методу рассчитываются номинальные напряжения по безмоментной теории тонких оболочек, при этом не учитывается влияние сложной пространственной конфигурации трубопровода, которая приводит к возникновению экстремальных распределений напряжений, превышающих номинальные.

Наибольший интерес представляет вопрос о воздействии поражающих факторов взрывной волны на трубопроводные системы. К поражающим факторам взрыва можно отнести тепловой удар, детонационное и дефлаграционное воздействие. На практике было установлено, что детонационное воздействие не оказывает значительного влияния на трубопроводные системы. Время воздействия детонационного эффекта ничтожно мало, оно сопровождается значительными колебаниями давления на фронте взрывной волны и поэтому рассматривается как акустический эффект.

Время действия эффекта дефлаграции велико по сравнению с детонацией, поэтому на практике моделирование дефлаграционного воздействия близко к статическому. Основным из поражающих факторов при дефлаграции является повышение давления на фронте ударной волны в сотни раз выше атмосферного. Модель такого воздействия может быть рассмотрена как воздействие ветровой нагрузки на поверхность в течение промежутка времени. Давление на фронте волны изменяется в зависимости от времени, эта зависимость представлена на рисунке 13.

Рисунок 13 Изменение давления на фронте ударной волны при дефлаграции

Как видно из графика, представленного на рисунке 13, наибольшую опасность представляет фаза повышения давления до значения р+мах за время t+мах, в этот период трубопровод испытывает наибольшие нагрузки.

В качестве исследуемой модели был выбран участок трубы диаметром 219 миллиметров с толщиной стенки 8 миллиметров и длиной 15 метров, консольно закрепленный с торца за фланцевое соединение. Трубопровод располагается на двух опорах, расстояние между которыми составляет 6 метров. Материал трубопровода и конструкций сталь 20. Твердотельная модель исследуемого трубопровода представлена на рисунке 14. Выполненные расчеты позволяют оценить зависимость напряженно-деформированного состояния трубопровода в зависимости от величины избыточного давления на фронте ударной волны. Оценка результатов производилась по величине эквивалентных напряжений, возникающих в узловых точках. На рисунках 15,16 представлены результаты расчетов. На рисунке 17 приведен график зависимости напряжения в опасных точках от давления на фронте ударной волны.

Рисунок 14 Твердотельная модель исследуемого трубопровода

Рисунок 15– Эпюры напряжений трубопровода при действии избыточного давления на фронте ударной волны при значениях от 10 до 50кПа

Рисунок 16 – Эпюры напряжений при значениях избыточного давления на фронте ударной волны от 110 до 150кПа.

Рисунок 17 – Зависимость напряжения в опасных точках

от давления на фронте ударной волны

Из рисунков 15-17 видно, что распределение напряжений носит полиэкстремальный характер.

Для подтверждения результатов, полученных при исследовании горизонтальных трубопроводов, было проведено моделирование воздействия взрывной волны на вертикальный трубопровод.

Моделирование производилось аналогично моделированию при расчете нагрузок, возникающих в условиях эксплуатации, кроме того, были приложены давления на фронте ударной волны Рф= 0-100кПа. Твердотельная модель представлена на рисунке 18. Результаты расчета представлены на рисунке 19.

Рисунок 18 - Твердотельная модель исследуемого трубопровода

Рисунок 19 – Эпюра эквивалентных напряжений

для вертикального трубопровода

Из рисунка 19 видно, что распределение напряжений, аналогичных с горизонтальными трубопроводами, носит полиэкстремальный характер.

Но воздействие взрывной волны с эпицентром, лежащим в одной плоскости с осью трубы, параллельной поверхности земли, лишь частный случай ситуации, возникающей в реальных условиях. Для обобщения результатов был проведен анализ поведения трубопровода при воздействии наземного и воздушного взрывов с различным углом направлении вектора воздействия к горизонту. На рисунке 20 показаны расчетные направления взрывной волны, для которых производился анализ.

Рисунок 20 – Направления воздействия взрывной волны

Расчеты показали, что под действием воздушного взрыва при увеличении угла между вектором направления и горизонтом вынос трубопровода с опор происходит при больших значениях давления на фронте ударной волны. Картина напряженно-деформированного состояния также изменяется, при этом разрушение трубопровода может произойти непосредственно на опорах.

Действие воздушного взрыва при увеличении высоты опор вызывает вынос при меньших значениях давления на фронте.

Очевидно, что НДС трубопровода зависит от размера поверхности, воспринимающей давление взрывной волны. Но при увеличении диаметра жесткость трубопровода увеличивается, НДС также изменяется. При малых отношениях длины к диаметру поведение трубопровода схоже с поведением балочной конструкции.

Результаты исследований приведены на рисунках 21-22.

Рисунок 21 – Зависимость напряжения в опасных точках от давления на фронте ударной волны для трубопровода с диаметром 57 мм

Рисунок 22 – Зависимость напряжения в опасных точках от давления на фронте ударной волны для трубопровода с диаметром 159 мм

Критерием категорирования трубопроводов по степени опасности может служить напряжение, возникающее в трубопроводе при воздействии на него взрывной волны. Предполагается, что при значениях напряжений ниже допускаемых трубопровод пригоден для дальнейшей эксплуатации, то есть при 0 < < [] трубопроводу присваивается категория I.

При значениях напряжений выше допускаемых и ниже предела текучести, то есть при [] < < т, в трубопроводе возникает ситуация, когда разрушение может возникнуть вследствие наличия дефектов основного металла, состояние трубопровода неустойчивое, присваивается категория II.

При значениях напряжений выше предела текучести, то есть при т <, в трубопроводе возникают предела текучести, а при достижении предела прочности возможно разрушение трубопровода, состояние трубопровода критическое, присваивается категория III.

Состояние трубопровода с заданным диаметром и известным давлением на фронте ударной волны определяется по графикам, представленным на рисунках 23, 24

Рисунок 23 – График для определения категории опасности трубопровода D=57мм

Рисунок 24– График для определения категории опасности трубопровода D=89мм

Анализ графиков позволяет ввести предельные значения давления на фронте ударной волны для трубопроводов различных диаметров (таблицы 1, 2).

Таблица 1 – Категорирование трубопроводов по степени опасности

Диаметр, мм

57

89

108

159

219

273

325

426

Категория

Давление на фронте ударной волны, кПа

I

0-17

0-21

0-29

0-36

0-43

0-45

0-58

0-26

II

17-65

21-60

29-80

36-80

43-90

45-100

58-120

26-140

III

65>

60>

80>

80>

90>

100>

120>

140>

Таблица 2 – Категорирование опор трубопроводов по степени опасности

Диаметр, мм

57

89

108

159

219

325

426

Категория

Давление на фронте ударной волны, кПа

I

0-18

0-22

0-45

0-47

0-55

0-57

0-46

II

18-60

22-65

45-75

47-75

55-95

57-100

46-120

III

60>

65>

75>

75>

95>

100>

120>

Четвертая глава посвящена изучению НДС реальной трубопроводной системы при внешнем воздействии типа «взрыв». Для подтверждения результатов, полученных расчетным путем, было проведено моделирование воздействия взрывной волны на реальный трубопровод. В расчетах был использован трубопровод установки вакуумной перегонки мазута (ВП-2) (см. рисунок 4).

Моделирование производилось аналогично моделированию при расчете нагрузок, возникающих в условиях эксплуатации, кроме того было приложено давление на фронте ударной волны Рф=50кПа, так как для трубопровода диаметром 219мм это значение соответствует II категории опасности. По результатам расчета была построена эпюра эквивалентных напряжений по длине трубопровода (рисунок 25).

По эпюре видно, что максимальные эквивалентные напряжения близки к пределу текучести. Это свидетельствует о том, что трубопровод имеет II категорию опасности, что соответствует условиям постановки задачи.

Рисунок 25 – Эпюра эквивалентных напряжений для трубопровода

вакуумной перегонки мазута

В силу того, что трубопровод имеет сложную пространственную конфигурацию, неодинаковые условия закрепления на опорах и различные длины участков, его характеристики в различных направлениях неодинаковы, поэтому при различных направлениях действия взрывной волны с одинаковым значением скоростного напора критическое состояние в трубопроводе может не быть достигнуто. И, наоборот, при меньших значениях скоростного напора может возникнуть критическое состояние трубопровода. Также картина напряженно-деформированного состояния трубопровода будет меняться, будет происходить смещение опасных участков, либо их возникновение.

Для решения поставленной задачи было выбрано 8 направлений возможного действия взрывной волны Расчеты производились для значения ветровой нагрузки 50кПа, время действия взрывной волны - 0,01 секунда. Результаты расчета представлены в таблице 3.

Было выявлено, что наиболее опасная зона расположена в том месте, где трубопровод имеет жесткое закрепление, в данном случае в месте входа трубопровода в стену, в остальных случаях это может быть фланцевое соединение, либо любое другое условие, ограничивающее свободное перемещение трубопровода.

Таблица 3 – Результаты расчета напряженно-деформированного состояния трубопровода при различных направлениях действия взрывной волны

Направл-ение

Давление на фронте взрывной волны, кПа

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»