Расчёт на прочность баллонов давления

[12Х18Н10Т 25]

Добрый вечер, господа. 

Интересно, может кто тоже задумывался. Почему баллоны давления, а также баки (цилиндрические, конические, торовые) считают на прочность только по кольцевым напряжениям (во всяком случае так написано в нескольких книгах и ГОСТ'ах)? Для таких конструкций обычно эквивалентное напряжение по Мизесу немного ниже, чем кольцевое. Может это такой расчёт в запас? Как вы думаете? 

[jtok 814]

Баки стеклопластиковые считают как на кольцевые, так и на осевые напряжения, в комплексе (см. ГОСТ 55072-2012 Приложение В)

[12Х18Н10Т 25]

Да, забыл уточнить. Имеются ввиду только металлические баллоны и баки, без композитов. Извините, за упущение. 

[vasillevich68 699]

7 минут назад, 12Х18Н10Т сказал:

Почему баллоны давления, а также баки (цилиндрические, конические, торовые) считают на прочность только по кольцевым напряжениям (во всяком случае так написано в нескольких книгах и ГОСТ'ах)?

Может по тому, что обечайка почти всегда имеет бо'льшую площадь.

[Борман 2 375]

Потому что кольцевое напряжение всегда положительное, а положительное главное напряжение в некотором диапазоне своих значений уменьшает значение Мизеса.

[formatik 3]

В 20 октября 2019 г. в 22:45, vasillevich68 сказал:

Может по тому, что обечайка почти всегда имеет бо'льшую площадь.

При чем тут большая площадь обечайки? А если меньше то по Мизесу можно сразу считать?

[Jesse 958]

В 20.10.2019 в 22:45, vasillevich68 сказал:

Может по тому, что обечайка почти всегда имеет бо'льшую площадь.

влияет не площадь, а радиус обечайки: чем он больше, тем по идее более хлипкая конструкция

 

В 20.10.2019 в 22:32, 12Х18Н10Т сказал:

Почему баллоны давления, а также баки (цилиндрические, конические, торовые) считают на прочность только по кольцевым напряжениям (во всяком случае так написано в нескольких книгах и ГОСТ'ах)? Для таких конструкций обычно эквивалентное напряжение по Мизесу немного ниже, чем кольцевое. Может это такой расчёт в запас? Как вы думаете? 

у нас баки считают по ПНАЭГу, на одной из первых страниц написано использовать теорию наибольших касательных напряжений, что и разумно когда считаются тонкостенные конструкции и среднее главное напряжение можно считать равным 0. а так ещё по мембранным и изгибным проверяют, но никто не заморачивается и считает по Мизесу у нас..)

[soklakov 1 475]

В 20.10.2019 в 22:32, 12Х18Н10Т сказал:

Может это такой расчёт в запас? Как вы думаете? 

именно.

когда нормотворцам представляют очередной доклад на тему "снижения ресурсоемкости производства по указу президента и т.д." и в этом докладе есть что-то вроде

"эта оценка менее консервативна, но зато более точна"

то докладчик получает вопрос: "ну и зачем она нам нужна?"

когда докладчик говорит: "а как же еще снижать ресурсоемкость"; то получает ответ вроде "безопасность превыше всего".

в общем-то, дальше тупик.

в том числе поэтому

17 часов назад, Jesse сказал:

по ПНАЭГу, на одной из первых страниц написано использовать теорию наибольших касательных напряжений

, а развитие коррозии предполагается линейным за весь срок эксплуатации.

[12Х18Н10Т 25]

Предлагаю к ознакомлению следующую книгу "Гольденблат И.И., Копнов В.А. Критерии прочности и пластичности конструкционных материалов". Скачал по ссылке https://www.twirpx.com/file/1218274/.

Книжка, к сожалению, старая (1968 год), но приведено описание используемых критериев прочности и пластичности, а также их экспериментальное обоснование.

Если вдруг у кого есть подобная литература, но поновее, прошу посоветовать.

[soklakov 1 475]

33 минуты назад, 12Х18Н10Т сказал:

Предлагаю к ознакомлению

если уж предлагаете, то, возможно, добьете продажу?

какие три главных вывода Вы сформулировали для себя после ознакомления с этой книгой?

[12Х18Н10Т 25]

13 минуты назад, soklakov сказал:

если уж предлагаете, то, возможно, добьете продажу?

какие три главных вывода Вы сформулировали для себя после ознакомления с этой книгой?

Тогда баш на баш, с Вас тоже три вывода по этой теме (не обязательно по этой книге, может личный опыт, например).

Так как в ближайшее время мне предстоит работа только со сталями, алюминиевыми и никелевыми сплавами, то выводы для себя сделал такие:

1). Критерий текучести - точно по Мизесу;

2). Критерий прочности: в проектировочных расчётах - по максимальным касательным напряжениям, в проверочных расчётах и при условии проведения испытаний - по Мизесу;

3). Ещё не придумал.

[soklakov 1 475]

12 часа назад, 12Х18Н10Т сказал:

Тогда баш на баш, с Вас тоже три вывода по этой теме (не обязательно по этой книге, может личный опыт, например).

давайте попробуем) предложение-то хорошее.

тема "Критерии прочности и пластичности конструкционных материалов"

1) по Мизесу лучше, чем по Треска. но только материалы с одинаковым пределом прочности на растяжение/сжатие. будет это критерий прочности или текучести - дело десятое.

2) чтобы учесть разные пределы текучести/прочности на растяжение/сжатие, поверхность текучести должна быть не цилиндром, а скорее конусом. Друкер-Прагер vs Кулон-Мор.

3) стали, алюминии и никелевые сплавы в меру просты. поэтому даже простые модели с кинематическим упрочнением дают неплохую точность, но для сложных траекторий нагружения нужны модели похитрее, что зашиты не в каждый код.

4) помните про истинные напряжения.

5) масштабный фактор учитывает вероятность наличия дефекта, что, в свою очередь, приводит к значительно меньшим остаточным деформациям, но по той же кривой. другими словами масштабный эффект не приводит к изменению кривой сигма-эпсилон, а лишь обрывает ее раньше. (это самый слабый, зато свежий вывод. баталии с очередным дтн еще в процессе).

6) учитывать зависимость пределов от температуры и скорости нагружения. когда нужно, само собой.

 

п.с. у меня есть результаты экспериментов титановых сплавов и инконели, напечатанных на зд-принтерах

п.п.с. если под никелевыми сплавами понимать никелид титана, то это совсем отдельная, но очень увлекательная история.

п.п.п.с. а еще есть реферат пинкмана на похожую тему.

[12Х18Н10Т 25]

1 час назад, soklakov сказал:

давайте попробуем) предложение-то хорошее.

тема "Критерии прочности и пластичности конструкционных материалов"

1) по Мизесу лучше, чем по Треска. но только материалы с одинаковым пределом прочности на растяжение/сжатие. будет это критерий прочности или текучести - дело десятое.

2) чтобы учесть разные пределы текучести/прочности на растяжение/сжатие, поверхность текучести должна быть не цилиндром, а скорее конусом. Друкер-Прагер vs Кулон-Мор.

3) стали, алюминии и никелевые сплавы в меру просты. поэтому даже простые модели с кинематическим упрочнением дают неплохую точность, но для сложных траекторий нагружения нужны модели похитрее, что зашиты не в каждый код.

4) помните про истинные напряжения.

5) масштабный фактор учитывает вероятность наличия дефекта, что, в свою очередь, приводит к значительно меньшим остаточным деформациям, но по той же кривой. другими словами масштабный эффект не приводит к изменению кривой сигма-эпсилон, а лишь обрывает ее раньше. (это самый слабый, зато свежий вывод. баталии с очередным дтн еще в процессе).

6) учитывать зависимость пределов от температуры и скорости нагружения. когда нужно, само собой.

 

п.с. у меня есть результаты экспериментов титановых сплавов и инконели, напечатанных на зд-принтерах

п.п.с. если под никелевыми сплавами понимать никелид титана, то это совсем отдельная, но очень увлекательная история.

п.п.п.с. а еще есть реферат пинкмана на похожую тему.

1). "Дело десятое" - в смысле одинаково хорошо работает как критерий прочности, так и критерий текучести для материалов с одинаковым характеристиками на сжатие и растяжение?

2). Согласен, но пока не приходилось применять такое. В баллонах в основном растягивающие напряжения.

3). Как я понял, такие модели определяют только экспериментально? У меня сейчас в основном пластическая деформация до 1%, поэтому при циклическом деформировании пользуюсь как раз кинематическим упрочнением.

4). Вот, кстати, тоже вопрос, который я недавно себе задавал. Если я считаю конструкцию в МКЭ, и использую для расчёта кривую истинных напряжений - истинных деформаций, то и сравнивать полученные напряжения я должен же с истинным пределом прочности? Другой вопрос, что истинные кривые у меня почти все получены с использованием степенной функции зависимости напряжения от пластической деформации, что не всегда хорошо коррелирует с данными экспериментов, то и истинный предел прочности может быть ниже, чем расчётный! Поэтому пока с условным пределом прочности сравниваю.

5). Спасибо за эту информацию, важное знание.

6). ну это понятно.

 

п.с. если не секрет, то какой никелевый сплав печатали? Inconel 718, 625 или подобные? Наш порошок (Полема, Композит) или забугорный? Испытывали при повышенных температурах? Просто интересуют механические характеристики при нескольких температурах, может подскажете где брать (находил только при комнатной и при 650 градусах по Цельсию, которая считается верхней температурой работы сплава, опять-таки не понимаю почему).

[soklakov 1 475]

1) ну, прям "одинаково хорошо" сильно сказано. просто не велика разница о чем речь вести. если материал хрупкий и не имеет особо наклонного участка пластичности, то будем говорить о прочности. если же пластичность есть и, например, есть даже площадка текучести, то иногда мы сможем смотреть на предел текучести как на предел прочности, в том смысле, что не разрешим допускать этого уровня. Дело десятое - какой из этих всех вариантов нарисуется в нашей задаче и что мы решим.

3) а как еще можно определить модель? даже линейную модель настроить - нужен эксперимент.

4) сравнивать нужно с допускаемыми. а они вообще пластику чаще всего не подразумевает. а если считаете пластику, то вы перешли от расчета по допускаемым к расчету по предельному состоянию. а значит хватит смотреть на напряжения.

13 минуты назад, 12Х18Н10Т сказал:

Испытывали при повышенных температурах?

растяжение/сжатие - нет. но печать идет при повышенных. чтобы смоделировать коробление при печати нужны температурные зависимости.

13 минуты назад, 12Х18Н10Т сказал:

Просто интересуют механические характеристики при нескольких температурах, может подскажете где брать (находил только при комнатной и при 650 градусах по Цельсию, которая считается верхней температурой работы сплава, опять-таки не понимаю почему).

глядишь и подскажу. 

[12Х18Н10Т 25]

@soklakov видел это характеристики в Ansys. Не знаю, можно ли им доверять. Спасибо за ответы. 

[Jesse 958]

20 часов назад, soklakov сказал:

а развитие коррозии предполагается линейным за весь срок эксплуатации.

линейное нелинейное какая разница.. всё равно выбирается конечное число))
мы в пассате при проектировочном расчете не заморачиваемся и  делаем технолог-ю прибавку 0, с1 на коррозию 0,8 и другую 0,8. И берём 6-й или 8-й сортамент листа для обечайки

 

50 минут назад, 12Х18Н10Т сказал:

У меня сейчас в основном пластическая деформация до 1%, поэтому при циклическом деформировании пользуюсь как раз кинематическим упрочнением.

если для статичного нагружения небольшая пластика в небольших зонах ещё допустима, то для ответственных ответственных конструкций "пластика с переменным нагружением" явно перебор.. так с точки зрения практики))
тем более модель кинематического упрочнения при циклическом упрочнении не расширяется, то есть объём металла, задействованный в пластической деформации, не будет изменяться, что верно лишь для небольшого количества циклов..
берите комбинированное упрочнение..)

[soklakov 1 475]

1 час назад, Jesse сказал:

берите комбинированное упрочнение..)

вроде ж целый реферат написал.

1 час назад, Jesse сказал:

линейное нелинейное какая разница..

1 час назад, Jesse сказал:

мы в пассате при проектировочном расчете не заморачиваемся и  делаем технолог-ю прибавку 0, с1 на коррозию 0,8 и другую 0,8. И берём 6-й или 8-й сортамент листа для обечайки

во-первых, вы заморачиваетесь и учитываете коррозию.

во-вторых, как видно из рисунка - таки есть разница, линейная коррозия или нет. 

[Jesse 958]

56 минут назад, soklakov сказал:

вроде ж целый реферат написал.

реферат на то и реферат: выучил - сдал - забыл синдром студента
тонкостенные конструкции вообще смысл расчитывать на циклическую пластику?!))

[soklakov 1 475]

3 часа назад, 12Х18Н10Т сказал:

Не знаю, можно ли им доверять.

и что же делать в такой сложной ситуации... а чем другие данные будут лучше?

вот когда будут - тогда и возьмете их. а пока берите что есть. 

[soklakov 1 475]

1 час назад, Jesse сказал:

тонкостенные конструкции вообще смысл расчитывать на циклическую пластику?!))

есть ли смысл задаваться таким вопросом?