Расчет на прочность радиатора отопления

[dolivanov 7]

Считаем стальной радиатор отопления. Интересует расчет на прочность при рабочем и испытательном внутреннем давлении – 9 и 13.5 Атм.

Сделали модель радиатора в 3D, на ее основе создали оболочечную модель. Нагрузили изнутри давлением. Получили:

При рабочем давлении 9 Атм - эквивалентные напряжения на уровне 250 МПа, что ниже предела текучести стали (DC01), но довольно высоки.

При испытательном давлении 13.5 Атм - эквивалентные напряжения на уровне 380 МПа, что близко к пределу прочности.

Сделали расчет в 3D, уровни напряжений получили примерно те же.

 

Возникло сомнение в верности граничных условий, а именно в нагружении изнутри по всей поверхности рабочим и испытательным давлением. Может быть следует рассчитать связанную задачу? Но тогда неясно, какой перепад давления задавать между входом и выходом из радиатора, то есть мы не знаем гидравлическое сопротивление радиатора.

Или не стоит заморачиваться, а принять полученные значения несмотря на то, что кажутся завышенными.

 

 

[dolivanov 7]

5 минут назад, AlexArt сказал:

@dolivanov, вы допустимые посчитали? Тогда у вас три случая:

1. Мембранка

2. Мембранка + изгиб

3. Месбранка + изгиб + локалка

Берём второй случай это 1,5× сигма = 280. Как вы посчитали.

Эту цифру сравниваем с интенсивность напряжений как это понятие определяет Ansys: max(sigma1-sigma2,...).

Profit!

Давайте еще раз все цифры подобью.

 

Предел текучести 280 МПа. Значит, допустимые напряжения 187 МПа.

 

Мембранные напряжения 80 МПа, изгибные 200 МПа.

 

Интенсивность напряжений 265 МПа.

18 минут назад, Graf Kim сказал:

@dolivanov а геометрия не секретная? Может, дадите на растерзание - авось посмотрим, подскажем.

Ща, подготовлю. выложу. Всю модель не дам, к сожалению.

[AlexArt 277]

4 минуты назад, dolivanov сказал:

Интенсивность напряжений 265 МПа.

А что говорил? Все норм. Забейте и идите курить бамбук.

Интенсивность напряжений по Ansys в случае оболочек это и есть мембранка+изгиб по теории максимальный касательных напряжений.

Это я пишу для тех, до кого не дошло.

Потому что Ansys любит инженеров, а не ипет им мозги. 

[Jesse 958]

2 часа назад, karachun сказал:

@dolivanov А почему два?

https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Mises_yield_criterion

 

МИзес то тут при чём?!)

 

5 часов назад, dolivanov сказал:

В ГОСТе написано, что оценивать напряжения надо в соответствии с теорией максимальных касательных напряжений

условие прочности для этой теории сигма1 - сигма3 < [сигма_{текучести}]

 

[dolivanov 7]

Вот геометрия step. Вырезал часть секций радиатора.

 

Внутри давление 9 Атм, материал беру сталь в Ансис.

 

Толщина оболочек 1.2 мм.

Geom.stp

[Fedor 1 597]

Цитата

Нет, сигма_у это и есть предел текучести

Вообще-то это не так называется   :) 

Цитата

Elastic limit (yield strength)

Хотя по английски  бывает и иначе... 

 

https://ru.wikipedia.org/wiki/Предел_текучести    

Цитата

 В реальности значения предела текучести выше, чем предел упругости, примерно на 5 %.

 

Изменено 7 июня 2021 пользователем Fedor

[Graf Kim 217]

 

1 час назад, dolivanov сказал:

Вот геометрия step. Вырезал часть секций радиатора.

 

Внутри давление 9 Атм, материал беру сталь в Ансис.

 

Толщина оболочек 1.2 мм.

Geom.stp 1 \u041c\u0431 · 3 скачивания

Я посмотрел вашу геометрию. Вы очень правильно сообразили, что достаточно репрезентативного кусочка. Надо только довести эту идею до абсурда конца и оставить элемент симметрии одного канала по всем трём направлениям. Это позволит вам малой кровью уточнить решение в твердотельной постановке.

 

 

Подскажите только пару моментов по вашей модели. Вы выгрузили не срединные поверхности, а внутренние? Чтобы получить полноценный CAD их нужно выдавить по нормали на полные 1,2 мм? А в поверхностях, которые я выделил синим что происходит? Насколько я понимаю, там две листовых детали, формирующих секцию, должны быть скреплены? А каким образом?

Изменено 7 июня 2021 пользователем Graf Kim

[dolivanov 7]

26 минут назад, Graf Kim сказал:

 

Я посмотрел вашу геометрию. Вы очень правильно сообразили, что достаточно репрезентативного кусочка. Надо только довести эту идею до абсурда конца и оставить элемент симметрии одного канала по всем трём направлениям. Это позволит вам малой кровью уточнить решение в твердотельной постановке.

 

 

Подскажите только пару моментов по вашей модели. Вы выгрузили не срединные поверхности, а внутренние? Чтобы получить полноценный CAD их нужно выдавить по нормали на полные 1,2 мм? А в поверхностях, которые я выделил синим что происходит? Насколько я понимаю, там две листовых детали, формирующих секцию, должны быть скреплены? А каким образом?

Да, поверхности внутренние, которые контактируют друг с другом. Для получения 3D модели их нужно выдавить наружу на 1.2 мм. Я считаю в оболочечной постановке, поэтому твердотельную модель выгружать сюда не стал. На поверхностях, показаных синим цветом, я задаю условия полного контакта (bonded). Поэтим поверхностям листы свариваются.

Еще вот что заметил. Такая упрощенная модель  (из одной или трех секций) по сравнению с полной моделью дает несколько меньшие напряжения (разница процентов 7-10%).

Сеточную сходимость оценивал. Сетка примерно такая (размер ребра от 0.5 до 1 мм).

 

 

[piden 2 874]

6 hours ago, dolivanov said:

Давайте еще раз все цифры подобью.

 

Предел текучести 280 МПа. Значит, допустимые напряжения 187 МПа.

Мембранные напряжения 80 МПа, изгибные 200 МПа.

Сходится с твердотелом. Вот картинки геометрии доведенной до абсурда, для лучшего понимания)

 

Spoiler

 

[dolivanov 7]

18 минут назад, piden сказал:

Сходится с твердотелом. Вот картинки геометрии доведенной до абсурда, для лучшего понимания)

 

  Скрыть содержимое

 

А можно поинтересоваться, что за компьютер использовался? Я бы на своем с такой сеткой пол дня считал.

И ещё вопрос постановке, какие условия ставили на границах симметрии? Перемещения по нормали равны нулю?

Хотя может я и преувеличиваю время расчета.)) У меня i7 7800 (вроде) на 6 ядер, 32 Gb памяти, жёсткий SSD.

 

Изменено 7 июня 2021 пользователем dolivanov

[piden 2 874]

11 minutes ago, dolivanov said:

Я бы на своем с такой сеткой пол дня считал.

Вряд ли) Тут всего 15 тыс элементов. В ин-коре заняло ~620 MB, считалось 11 сек. Думаю, и у вас максимум минуту будет.

 

11 minutes ago, dolivanov said:

А можно поинтересоваться, что за компьютер использовался?

Ноут, i7-8850H, 32 GB RAM.

 

11 minutes ago, dolivanov said:

И ещё вопрос постановке, какие условия ставили на границах симметрии?

Frictionless support везде. Хотя в идеале четвертой стороне нужно что-то на совместность нормальных перемещений узлов назначить.. Но быстро не придумалось)

[dolivanov 7]

2 минуты назад, piden сказал:

Вряд ли) Тут всего 15 тыс элементов. В ин-коре заняло ~620 MB, считалось 11 сек. Думаю, и у вас максимум минуту будет.

 

Ноут, i7-8850H, 32 GB RAM.

 

Frictionless support везде. Хотя в идеале четвертой стороне нужно что-то на совместность нормальных перемещений узлов назначить.. Но быстро не придумалось)

Согласен, про время расчета тупанул я.))

 

Спасибо за результат. 

[Graf Kim 217]

1 час назад, piden сказал:

Тут всего 15 тыс элементов. В ин-коре заняло ~620 MB, считалось 11 сек. Думаю, и у вас максимум минуту будет.

Малой кровью, как и собирались.

 

2 часа назад, piden сказал:

Хотя в идеале четвертой стороне нужно что-то на совместность нормальных перемещений узлов назначить.. Но быстро не придумалось

В качестве колхозинга: подогрей до нулевой реакции. Там около 15 градусов выйдет для дефолтной стали.

[AlexKaz 1 821]

04.06.2021 в 17:34, dolivanov сказал:

стальной радиатор отопления. Интересует расчет на прочность при рабочем и испытательном внутреннем давлении – 9 и 13.5 Атм.

Может я чего пропустил, температура теплоносителя нигде не задана? Можно дальше выжать несколько процентов "точности".

13 часов назад, dolivanov сказал:

Такая упрощенная модель  (из одной или трех секций) по сравнению с полной моделью дает несколько меньшие напряжения (разница процентов 7-10%).

Типовая погрешность кривой растяжения для металла. Большое достижение, аднака. Кому же верить, кому же верить... При запасах 1.5-2 - ну ппц, оно того не стоит заморачиваться.

Изменено 8 июня 2021 пользователем AlexKaz

[dolivanov 7]

1 час назад, AlexKaz сказал:

Может я чего пропустил, температура теплоносителя нигде не задана? Можно дальше выжать несколько процентов "точности".

Типовая погрешность кривой растяжения для металла. Большое достижение, аднака. Кому же верить, кому же верить... При запасах 1.5-2 - ну ппц, оно того не стоит заморачиваться.

С температурой 90 градусов сейчас эксперименты провожу. Все печально.(

[piden 2 874]

1 hour ago, dolivanov said:

С температурой 90 градусов сейчас эксперименты провожу. Все печально.(

Скорее всего из-за ГУ ошибка. На самом деле там все ок - напряжения такие же, как и без температуры. У вас ведь нет стесненных деформаций, нет градиентов температуры, материалов с разным КТР... Свойства заданного материала в этом малом диапазоне не меняются - так что тепловая нагрузка не должна ни на что влиять. А ГУ разберем сейчас)

 

10 hours ago, Graf Kim said:

В качестве колхозинга

Уже намутил такое: к четвертому фейсу цепляется remote point с behavior = coupled. Z - направление нормали к фейсу

Spoiler

 

 

И тогда с тепловой нагрузкой проблем нет:

 

 

Если же использовать frictionless support (запрет нормальных перемещений), то с температурой и получаем:

 

 

 

Изменено 8 июня 2021 пользователем piden

[dolivanov 7]

1 час назад, piden сказал:

Скорее всего из-за ГУ ошибка. На самом деле там все ок - напряжения такие же, как и без температуры. У вас ведь нет стесненных деформаций, нет градиентов температуры, материалов с разным КТР... Свойства заданного материала в этом малом диапазоне не меняются - так что тепловая нагрузка не должна ни на что влиять. А ГУ разберем сейчас)

 

Уже намутил такое: к четвертому фейсу цепляется remote point с behavior = coupled. Z - направление нормали к фейсу

  Показать содержимое

 

 

И тогда с тепловой нагрузкой проблем нет:

 

 

Если же использовать frictionless support (запрет нормальных перемещений), то с температурой и получаем:

 

 

 

Да, точно. Разобрался. Излишне закреплял модель. Я считаю полную модель, теперь закрепил только в одной точке весь радиатор, температура в итоге почти ничего не прибавила в напряжениях.

[Jesse 958]

07.06.2021 в 14:28, AlexArt сказал:

Интенсивность напряжений по Ansys в случае оболочек это и есть мембранка+изгиб по теории максимальный касательных напряжений.

ну, строго говоря, мембранка+изгиб = составляющие одного главного напряжения.. просто в случае интенсивности напряжений мы легко можем получить сложить и получить "суммарные" мембранные и изгибные напряжения. А для эквивалентных напряжений (Мизес) мы так не можем сделать, потому что являются нелинейной функцией главных напряжений.
Да и в нормах, как правило, пишут, что допускаемые либо сумма мембр и изгибных, либо как обычно критерии из сопромата Мизес и интенсивности напряжений (гост ТСа, например). Хочу сказать, что сумма мембранных и изгибных напряжений не подразумевает интенсивность напряжений, хотя обратное верно (просто может быть имеют в виду одноосное ндс, как цилиндр-й сосуд под давл-ем). Или вы видели где-то что подразумевает?

Кстати, вспомнил на досуге что шестиугольник Треска вписан в эллипс Мизеса, так что расчет по интенсивностям напряжений должен быть всегда в запас в теории..

[AlexArt 277]

22 минуты назад, Jesse сказал:

расчет по интенсивностям напряжений должен быть всегда в запас в теории..

Дык, в опасных конструкциях фигни не посоветуют. Так что ваши эти Мезисы оставьте для тех, кто на кошках тренируется.

Касательно выше сказанного вами, нет времени пока разбираться, но хочу еще раз подчеркнуть, что в Ansys интенсивность определена в смысле максимума по разности главных напряжений.

[dolivanov 7]