Перейти к публикации

Прочностной анализ котла - задача термоупругости


Рекомендованные сообщения

Здравствуйте.

 

Стоит задача о прочностном анализе котла.

Элементы конструкции котла подвергаются температурному воздействию.

Примерная схема показана на рисунке.

Газоотводящие трубы нагреваются до 110 градусов, нижняя пластина (красная на рисунке), к которой крепятся газоотводящие трубы (зеленые на рисунке), тоже греется до 180 градусов, на корпусе (серый на рисунке) тоже задается своя температура  и т.д.

Есть предположение, что к результате изгибных деформаций в нижней круглой пластине возникнет усталость материала, которая затем приведет к возникновению трещин.

Процесс нагрева и охлаждения конструкции цикличен и заключается вот в чем: сначала быстрый нагрев за 1 минуту, потом порядка 20 минут работа в нагретом режиме, потом охлаждение за пару минут и работа около 20 минут при минимальной температуре около 50-60 градусов.

Возникает вопрос, какой тип анализа выбирать? Статику или динамику? Пока больше склоняюсь к статике.

 

Я предполагаю, что считать статику при наибольшей температуре, получать напряжения в модели. Максимальные значения напряжений не должны превышать примерно половины предела прочности материала, тогда конструкция будет работать долго. Правомерен такой подход к учету усталости конструкции?

 

В ANSYS сейчас заметил Fatigue tool, в котором указывается тип цикла и другие параметры. Пока с ним не разбирался, думаю, стоит ли.

post-32910-0-01272300-1466583873.png

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах


Здравствуйте. А через ГОСТ "Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность" не высчитать? С виду геометрия простая.

(На днях видел один усталостный расчёт труб в ANSYS WB с похожим на Ваш режимом работы - нагрев - работа - охлаждение, так хотелось человека одарить упомянутым ГОСТом, ибо все эти тонкостенные конструкции в трёхмерных твердотельных элементах дают одно число циклов до разрушения, в пластинках - другое, а опираться хочется на бумажку и опыт поколений, а не МКЭшный алгоритм).

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Рекомендую ГОСТ на сосуды и ПНАЭ. Напряжения получаете численными методами, оценку - аналитически. Без опыта - инструменты ANSYS по оценке долговечности в последнюю очередь.

 

Расчет статический с учетом температурных напряжений. Для динамической задачи, я думаю, Вам не хватит исходных данных...

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
  • 2 недели спустя...

Заказчики посоветовались со своими коллегами, говорят, надо сабмоделирование использовать для расчета сварных швов. Настаивают на динамике, у них есть график зависимости температуры от времени.

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Ну делайте тогда динамику, так вы сможете найти максимальный размах по напряжениям...

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
  • 4 недели спустя...
Настаивают на динамике

Динамика - это учет сил инерции. Процессы нагрева и охлаждения почти никогда не создают сколько-нибудь значимых инерционных сил. Так что динамику лесом.

 

 

 

Я предполагаю, что считать статику при наибольшей температуре, получать напряжения в модели.

 

Напряжения порождаются не только температурой, но и градиентом температур. Вы вряд ли заранее скажете, в какой момент времени напряжения максимальны, поэтому лучше просчитать ряд статических задач для разных моментов времени нагрева.

 

 

 

Максимальные значения напряжений не должны превышать примерно половины предела прочности материала, тогда конструкция будет работать долго.

Можно и так, но если речь об усталости - лучше и брать предел выносливости. В принципе, для многих материалов это будет около друг друга.

Учет того, что цикл нагружения у Вас не симметричный и не синусоида - можно выполнять, но позже. В первом приближении Ваша логика верная - определить максимальное напряжение в цикле, определить по кривой Веллера количество циклов до разрушения.

Изменено пользователем soklakov
Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Динамика - это учет сил инерции. Процессы нагрева и охлаждения почти никогда не создают сколько-нибудь значимых инерционных сил. Так что динамику лесом.

 

 

 

 

Напряжения порождаются не только температурой, но и градиентом температур. Вы вряд ли заранее скажете, в какой момент времени напряжения максимальны, поэтому лучше просчитать ряд статических задач для разных моментов времени нагрева.

 

 

 

Можно и так, но если речь об усталости - лучше и брать предел выносливости. В принципе, для многих материалов это будет около друг друга.

Учет того, что цикл нагружения у Вас не симметричный и не синусоида - можно выполнять, но позже. В первом приближении Ваша логика верная - определить максимальное напряжение в цикле, определить по кривой Веллера количество циклов до разрушения.

Спасибо за пояснения.

Считаем статику и динамику в соответствии с экспериментальными кривыми нагружения, разницы никакой практически не выявили.  

Сейчас уже задача ушла несколько глубже - занимаемся еще и сабмоделированием сварного шва и разбираемся с эквивалентным радиусом.

Оболочечная модель дает хорошие результаты, напряжения ниже предела выносливости.

А вот с сабмоделированием приходим к напряжениям порядка 300-400 МПа в самом нагруженном месте. Если брать S-N кривую из Ансиса, то при таких напряжениях конструкция работает несколько десятков тысяч циклов. 

Основной вопрос для меня сейчас - как применять эти кривые. Они, как оказалось, разные и там куча всяких условий. 

Особенно непонятен выбор эквивалентного радиуса скругления при переходе от сварного шва к металлу. Он должен быть 0.05 мм по указанием Международного института сварки. Но при таком радиусе напряжения оказываются очень большими до 450 МПа. Короче, вопросов, как обычно, больше, чем ответов.

Где бы почитать на русском про моделирование сварных швов и про оценку напряжений в них? 

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Он должен быть 0.05 мм по указанием Международного института сварки.

 

Можно посмотреть на скриншот документа?

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Можно посмотреть на скриншот документа?

 

Прошу прощения, я тут выразился неправильно.

Там такого нет.

Но заказчики пишут о 0.05 мм.

Я нашел статьи, в которых ссылаются на Sonsiono, типа он предложил использовать такой радиус для толщин не более 5 мм.

Но, например, вот в этих работах

  1. Schijve J. Fatigue predictions of welded joints and the effective notch stress concept. International Journal of Fatigue, Volume 45, December 2012, Pages 31–38
  2. Vogt M., Dilger K., Kassner M. Investigations on different fatigue design concepts using the example of a welded crossbeam connection from the underframe of a steel railcar body. International Journal of Fatigue, Volume 34, Issue 1, January 2012, Pages 47–56
  3. Hanssen E., Vogt M., Dilger K. Fatigue assessment of arc welded automotive components using local stress approaches: Application to a track control arm. International Journal of Fatigue, Volume 34, Issue 1, January 2012, Pages 57–64

предлагается брать радиус 0.3 мм.

 

В первой статье вообще авторы считают, что соотношение радиуса  и толщины металла должно быть 0.1. 

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
предлагается брать радиус 0.3 мм.   В первой статье вообще авторы считают, что соотношение радиуса  и толщины металла должно быть 0.1. 

Проведите параметрическое исследование, оцените чувствительность выходного интересующего Вас конечного параметра к этому радиусу. Если чувствительность низкая, возьмите среднее и забудьте. Или возьмите наиболее консервативный вариант сразу.

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

При высокой температуре материал будет вести себя пластично. При 600 градусах примерно имеет почти нулевой модуль упругости. Есть снип по пожаростойкости там об этом можно подробнее посмотреть. Так что на концентрацию напряжений при высокой температуре можно не обращать внимания. Все равно будет пластичность  ...

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
В первой статье вообще авторы считают, что соотношение радиуса  и толщины металла должно быть 0.1.

 

Но заказчики пишут о 0.05 мм.

 

Проведите параметрическое исследование, оцените чувствительность выходного интересующего Вас конечного параметра к этому радиусу. Если чувствительность низкая, возьмите среднее и забудьте. Или возьмите наиболее консервативный вариант сразу.

 

 

По опыту, чувствительность высокая и наша долговечность напрямую зависит от этого радиуса. Это при условии, что проведен анализ сходимости для каждого из радиусов.

 

Вообще, все эти радиусы - вещь мутная и введена, чтобы добиться хоть какой-то сходимости с результатами испытаний. Вот у ТС уже штуки три возможных радиусов набралось. Несомневаюсь, через недельку еще один добавится :-) и для каждого радиуса будет своя амплитуда. Однно успокаивает: в циклике заложены хорошие коэффициенты запаса - 10 по циклам и 2 по напряжениям.

 

Есть документ: ГОСТ 52857.6 - Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках, там есть упрощенная методика по оценке циклики, это точно будет в запас и нет там никаких радиусов. Может Вам по нему посчитать?

 

При высокой температуре материал будет вести себя пластично. При 600 градусах примерно имеет почти нулевой модуль упругости.

 

 

Вроде как автор про материал ничего не писал, а Вы сразу нулевой модуль упругости. Все же зависит от стали, есть материалы, которые успешно работают при 800 градусов. А поведение стали при высоких температурах определяется больше характеристиками длительной прочности и ползучести, а не нулевым модулем упругости :-)

 
Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Есть книжка Талыпова о сварочных напряжениях. http://knigi.tor2.org/?b=4486832Там есть примерный график снижения модуля.

"А поведение стали при высоких температурах определяется больше характеристиками длительной прочности и ползучести, а не нулевым модулем упругости" - пожарники думают иначе. Да и ползучесть обысно сводят к понижению модуля упругости в расчетах. В арматуре умножением на 0.2.. 0.3 обычно. Есть в СП по железобетону. Так что с вычислительной точки зрения никакой разницы :)

Зачем в печке малоцикловая усталость ? :)

Изменено пользователем Fedor
Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
http://www.twirpx.com/file/367560/- тут еще много книжек по сварочным напряжениям. Если металл не пластичный, то будут приличные остаточные напряжения...
Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

@@Fedor, мы с Вами говорим на разных языках. Вы мне про СНиПы, каких-то пожарников и пр. Я Вам говорю как построена методика расчета по ГОСТ и ПНАЭ. И если говорить о МКЭ, то СНиП не самая удачная вещь для оценки.

 

И причем тут сварочные напряжения?

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Методики могут быть разными, но механика то одна. И так или иначе отражается в методиках. Важно же понимание, а не следование методичкам. Лично я в таких делах действую по справочнику Биргера, Иосилевича, Шорра. http://techliter.ru/load/uchebniki_posobya_lekcii/detali_mashin/raschet_na_prochnost_detalej_mashin_birger_i_a_shorr_b_f_iosilevich_g_b/36-1-0-388Просто в мкэ нахожу на удалении по Сен-Венану номинальные напряжения, это примерно 3-4 характерных размера особенности. Экстраполирую линейно или квадратично в особенность и умножаю на коэффициент концентрации. Обычно это 2-3 . Можно и в Петерсоне посмотреть http://www.twirpx.com/file/824125/

" по указанием Международного института сварки" - так вот же ... :)

Вообще 0.05 мм это уже там где похоже механика деформируемого тела не работает. Где-то у Морозова в книжке по трещинами были картинки применимости теорий в зависимости от размера. Это и раньше было в какой-то книжке из ЛГУ. Лень искать на полках :)

"если говорить о МКЭ, то СНиП не самая удачная вещь для оценки" - как и ГОСТы. МКЭ это математика и механика прежде всего. Ему плевать на какие-то указиловки с рекомендациями :)

Изменено пользователем Fedor
Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Recommendations for Fatigue Design of Welded Joints and Components Volume: Author(s): A. F. Hobbacher (auth.) Series: IIW Collection Periodical:   Publisher: Springer International Publishing City:   Year: 2016 Edition: 2 Language: English Pages (biblio\tech): XIII, 143\150 ISBN: 978-3-319-23756-5, 978-3-319-23757-2 ID: 1467738    

Изменено пользователем FSA-FSA
Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Книжка не документ. В науке не бывает документов. Даже уравнения Навье-Коши не задокументированы  :):):)

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Книжка не документ. В науке не бывает документов. Даже уравнения Навье-Коши не задокументированы  :):):)

Вообще-то документ. Международного института сварки

 

IIW document IIW-2259-15
ex XIII-2460-13/XV-1440-13
This document is a revision of
XIII-2151r4-07/XV-1254r4-07

про авторизацию...

he IIW Collection of Books is authored by experts from the 59 countries participating in the work of the 23 Technical Working Units of the International Institute of Welding, recognized as the largest worldwide network for welding and allied joining technologies.

 

Изменено пользователем FSA-FSA
Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Присоединяйтесь к обсуждению

Вы можете опубликовать сообщение сейчас, а зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, войдите в него для написания от своего имени.
Примечание: вашему сообщению потребуется утверждение модератора, прежде чем оно станет доступным.

Гость
Ответить в тему...

×   Вставлено в виде отформатированного текста.   Вставить в виде обычного текста

  Разрешено не более 75 эмодзи.

×   Ваша ссылка была автоматически встроена.   Отобразить как ссылку

×   Ваш предыдущий контент был восстановлен.   Очистить редактор

×   Вы не можете вставить изображения напрямую. Загрузите или вставьте изображения по ссылке.

  • Сейчас на странице   0 пользователей

    Нет пользователей, просматривающих эту страницу.




  • Сообщения

    • EnKlL
      Станок Samsung Pl1600m, такарно-фрезерный, проблема с револьверной головой выдаёт ошибку "EX22831 SERVO TURRET AMP ALARM!" что это такое и что с ней делать? Невозможно сменить инструмент, не в ручную, не через MDA
    • Eng.Destructor
      Сделал так: Добавил новый формат fs2 25 0 4 0 3t #No decimal, absolute, 3 поменял  result = newfs (25, thddepth$) # изменил 16 на 25 result = newfs (25, thdfirst$) # изменил 16 на 25 result = newfs (25, thdlast$) # изменил 16 на 25 result = newfs (25, thdfinish$) # изменил 16 на 25 Спасибо за наводку
    • arsenev
    • teqn1c
      Есть динозавр stratos plus на io mb -  В нем всего 256 КБ памяти  есть ли возможность через режим rtm подгружать программу с ПК через rs 232 ? В шкафу ещё есть разъем под карту но с нее получается только считать и опять таки сохранить на память станка. Соединение ПК-станок настроил ,есть возможность отправлять на него через альфакам программы ,но они сохраняются в память станка. В альфакам есть непрерывная отправка - она отправляет - но в режиме rtm ничего не происходит 
    • Metal_Cutter
      @arsenev В FC такого нет.
    • Bot
      HCL CAMWorks 2024, новая версия программного обеспечения CAM, полностью интегрированного с SOLIDWORKS и Solid Edge включает в себя передовые технологии, позволяющие сократить время программирования, уменьшить время цикла обработки и увеличить срок службы инструмента. Смотреть полностью
    • Александр1979
      Руководство для дусь взял здесь: https://www.cnczone.com/forums/daewoo-doosan/413426-every-doosan-service-manual-currently-auto-updated.html
    • ss_162
      Может есть у кого оригинальные резцы на продажу? Нужен резец SFCC 50 - это маркировка D`Andrea, или Искаровский, он такой же, только маркировка у него другая.
    • Aveovar
      Подскажи, как ты сделал несколько экранов с разных ракурсов
    • Kaktusito
      Всем доброго времени суток! Только начал заниматься редактированием постпроцессоров и сразу же столкнулся с проблемой. Суть в том что я нашел по форумам постпроцессоры с SolidCAM 2015 года, ибо у меня в версии 2022 года их почти нет, а мне нужен был более менее адекватный пост под токарку.  Закинул все файлы Gpptool 2015 года в свою папку, выбрал подходящий мне станок и начал генерировать УП.  Как вы поняли ничего мне не сгенерировало. Пишет ошибку "please change the name "Bore" in the VMID. This name is reserved for use in the GPP"  Сделал то что просит ошибка и был уверен что это не поможет, так оно и вышло. По итогу начало долбить другие ошибки. Очень еще не понятно с файлами которые я кидал в папку Gpptool потому что вместо стандартных двух у меня их аж 4 штуки.: gpp с циклами, gpp обычный, PRP и vmid. Хотя я знаю что в версиях вроде после 2017 уже идет по 2 файла. Что я только не пробовал кидал только 2 файла, кидал все 4, кидал содержимое файла с циклами в основной gpp, шёл по пути ошибок и исправлял что меня просили. В общем ничего не помогает  От безисходности пишу сюда, вы моя последняя надежда понять что происходит и почему ничего не работает. Заранее благодарю за ответы!
×
×
  • Создать...