Расчет химических аппаратов.

[gemini74 0]

Здравствуйте.

Тема будет интересна тем, кто занимается проектированием химических аппаратов, пластиковых , или металлических. Имеется выпарной аппарат, полипропиленовый . Номинальный объем -6,5 м3, рабочий -5 м3.Рабочее давление - разряжение до 0,4 -3 кПа. Рабочая температура жидкости - до 90 град С. Диаметр корпуса - 2000 мм. Есть результаna гидростатического нагружения с учетом температуры на внутренней поверхности стенок. Продел текучести полипропилена [25 МПа ]. Прочность сильно падает с температурой. При 25 град С все нормально. Но при 90 град на стенках выдает неадекватные результаты. Мах напряжение на краю патрубка .  В расчете не учитывается разряжение. Кто подскажет, поделится опытом расчетов на устойчивость сосудов под вакуумом?

 

Изменено 12 июля пользователем gemini74

[gemini74 0]

Мне не хватает знаний по теории МКЭ, почему оболочки лучше для расчета таких емкостей? Солид конечно не идеал. Приходится делать различные варианты с разными "галочками" , чтобы получить адекватную картину. Но все равно думаю не до конца понимаю , что получаю . Например, почему максимальные напряжения имеют "точечные" зоны как на картинке. Эти максимальные напряжения получились близки к паспортному пределу текучести, который дает производитель листового полипропилена PP-h, 31 Мпа. Критерием работоспособности сравнения Вон-Мисеса с пределом текучести. Может для этого материала должны рассматриваться другие критерии . Тут как во многих случаях на практике подобный аппарат стоит на производстве почти 4 года. А в теории такого быть не должно. Реальные условия работы для материала очень не хорошие, кислота, температура. Есть еще расчет в программе немецкого производителя полипропилена SIMONA, типа нашего PASSATA, но только для химии и пластиков, который как раз основывается на немецком стандарте DVS 2205. Так вот он дает толщину цилиндрической обечайки в 27 мм. Но опять же в пределах 10 лет . Я по технологическим ограничениям не могу согнуть такой лист , предел 15 мм. И мне нужно сказать заказчику , что работа и безопасность гарантирована  хотя бы в пределах этого срока.

 

 

Кто может сказать , почему напряжения имеют такое распределение ?

И какие напряжения лучше сравнивать с допустимыми, в узлах 29,5 МПа или значения в элементах 20,7 МПа? Эта опция в параметрах изображения диаграммы результатов напряжений в SIMULATION. 

 

 

 

 

[Fedor 1 619]

Цитата

почему оболочки лучше для расчета таких емкостей? 

для того чтобы смоделировать трехмерными их надо несколько штук по толщине. Можете взять и проверить на пластинке решив так и так и убедится как точнее удается смоделировать. Трехмерными или оболочечными. 

Изменено 26 июля пользователем Fedor

[jtok 846]

29 минут назад, gemini74 сказал:

почему оболочки лучше для расчета таких емкостей?

Я же вам написал выше, что

16.07.2024 в 15:40, jtok сказал:

Солидами можно считать только в том случае, когда перемещения узлов (вершин треугольничков) много меньше размера конечного элемента (ребро треугольника).

Например, солидами хорошо считать когда вы считаете распределение напряжений в блоке цилиндров двигателя. Или стальной корпус насоса высокого давления. Или крюк крана и т.п. Перемещения в этих изделиях много меньше размера конечного элемента. Расчет сходится быстрее и лучше, перемещения достоверны, соответственно и всё остальное тоже - закон Гука линеен и напряжения прямо пропорциональны деформациям. И то г-н Добряк вам расскажет, что 8и узловыми тетраэдрами лучше, чем не тетраэдрами.

 

В примерах выше материал - сталь. У нее высокий модуль упругости, но уже решетчатые конструкции - например, ферму пролетом 12м и выше солидами не посчитать - применяют оболочки или балки. Все потому ,что решетка фермы будет перемещаться, и перемещения будут много больше размера конечного элемента.

 

А у вас полимер, который сам по себе непростой - модуль упругости в вашем диапазоне температур существенно изменяется, также он низкий и соответственно деформации большие от небольших нагрузок, так ещё и конечный элемент, которым вы его считаете, очень грубый.

 

И опять, 31МПа для вашего материала это предел при какой температуре? А у вас рабочая какая? А для вашей рабочей какой предел? Я вам выше писал, но видимо вы пропустили тот пост.

Ну и по прикладной инженерии - если у вас есть расчет от Simon'ы, с толщиной стенки 27мм, а вы можете гнуть только до 15, то что вам мешает сделать двойную стенку? Гнете две обечайки, одну в другую, на внешней сверлите дырок ф50 в шахматном порядке и варите через них к внутренней. Общая толщина 30мм, работают эти две стенки как одна - профит.

[gemini74 0]

Только что, jtok сказал:

Я же вам написал выше, что

Например, солидами хорошо считать когда вы считаете распределение напряжений в блоке цилиндров двигателя. Или стальной корпус насоса высокого давления. Или крюк крана и т.п. Перемещения в этих изделиях много меньше размера конечного элемента. Расчет сходится быстрее и лучше, перемещения достоверны, соответственно и всё остальное тоже - закон Гука линеен и напряжения прямо пропорциональны деформациям. И то г-н Добряк вам расскажет, что 8и узловыми тетраэдрами лучше, чем не тетраэдрами.

 

В примерах выше материал - сталь. У нее высокий модуль упругости, но уже решетчатые конструкции - например, ферму пролетом 12м и выше солидами не посчитать - применяют оболочки или балки. Все потому ,что решетка фермы будет перемещаться, и перемещения будут много больше размера конечного элемента.

 

А у вас полимер, который сам по себе непростой - модуль упругости в вашем диапазоне температур существенно изменяется, также он низкий и соответственно деформации большие от небольших нагрузок, так ещё и конечный элемент, которым вы его считаете, очень грубый.

 

И опять, 31МПа для вашего материала это предел при какой температуре? А у вас рабочая какая? А для вашей рабочей какой предел? Я вам выше писал, но видимо вы пропустили тот пост.

31 МПа при нормальной температуре.  Рабочая 90 град С. Для рабочей температуре есть только такой график зависимость напряжения и времени работы. Опять же , SIMONA не говорит, что не будет работать. Прога просто выдает требуемую толщину. Я не пропус3,25 МПа.тил Ваш пост, но если следовать ему, то должно произойти разрушение, т.к на этой диаграмме допустимые напряжения уменьшаются в 10 раз, как Вы написали до  3,25 МПа.

[AlexArt 280]

10 минут назад, jtok сказал:

Я же вам написал выше, что

Например, солидами хорошо считать когда вы считаете распределение напряжений в блоке цилиндров двигателя. Или стальной корпус насоса высокого давления. Или крюк крана и т.п. Перемещения в этих изделиях много меньше размера конечного элемента. Расчет сходится быстрее и лучше, перемещения достоверны, соответственно и всё остальное тоже - закон Гука линеен и напряжения прямо пропорциональны деформациям. И то г-н Добряк вам расскажет, что 8и узловыми тетраэдрами лучше, чем не тетраэдрами.

 

В примерах выше материал - сталь. У нее высокий модуль упругости, но уже решетчатые конструкции - например, ферму пролетом 12м и выше солидами не посчитать - применяют оболочки или балки. Все потому ,что решетка фермы будет перемещаться, и перемещения будут много больше размера конечного элемента.

 

А у вас полимер, который сам по себе непростой - модуль упругости в вашем диапазоне температур существенно изменяется, также он низкий и соответственно деформации большие от небольших нагрузок, так ещё и конечный элемент, которым вы его считаете, очень грубый.

 

И опять, 31МПа для вашего материала это предел при какой температуре? А у вас рабочая какая? А для вашей рабочей какой предел? Я вам выше писал, но видимо вы пропустили тот пост.

Ну и по прикладной инженерии - если у вас есть расчет от Simon'ы, с толщиной стенки 27мм, а вы можете гнуть только до 15, то что вам мешает сделать двойную стенку? Гнете две обечайки, одну в другую, на внешней сверлите дырок ф50 в шахматном порядке и варите через них к внутренней. Общая толщина 30мм, работают эти две стенки как одна - профит.

Что тут за ересь написана? Применимость тех или иных абстракции связана с протяжённостью в пространстве, в не с перемещениями.

[ak762 322]

1 hour ago, AlexArt said:

Применимость тех или иных абстракции связана с протяжённостью в пространстве

можете раскрыть что в вашнм понимании абстракции и протяжённость в пространстве в применении к обсуждаемой теме

а то как то перемещения и деформации более понятны с инженерной точки зрения

[Jesse 972]

8 часов назад, jtok сказал:

пример, солидами хорошо считать когда вы считаете распределение напряжений в блоке цилиндров двигателя. Или стальной корпус насоса высокого давления. Или крюк крана и т.п. Перемещения в этих изделиях много меньше размера конечного элемента

Имхо более правильно исходить из типа НДС: если оно объёмное (как в крюке , рельсе или подшипнике), то оболочками просто невозможно его симулировать. Ну а в остальных ситуациях целесообразность. 

[gemini74 0]

38 минут назад, Jesse сказал:

Имхо более правильно исходить из типа НДС: если оно объёмное (как в крюке , рельсе или подшипнике), то оболочками просто невозможно его симулировать. Ну а в остальных ситуациях целесообразность. 

Вы работаете в конторе, основной CAD - Компас, ну немного в SW. Конструктора делают модели в 3D. Для переноса в CAE нужно эту модель сборки упростить, убрать крепеж, сделать как можно меньше тел, убрать зазоры под сварку, убрать мелкие элементы. Потом еще Вы предлагаете сделать модель в оболочках. Это дополнительное время . А если эту модель еще для тепловых расчетов параллельно исследовать? Тоже в оболочках? Перевод в оболочку тоже не всегда корректно можно сделать. Она упрощается до простых форм . Или  строить в отдельном моделировщике расчетную модель, тоже время. В чем целесообразность оболочек? А для чего контроль сетки в SW, разные Якобианы? Оболочки более упрощенная , абстрактная модель , когда можно отбросить влияние формы , с минимумом поверхностей , больших и мелких в модели. Не так?

[AlexKaz 1 847]

10 часов назад, gemini74 сказал:

Это дополнительное время .

 

10 часов назад, gemini74 сказал:

тоже время.

Есть другой подход. Конструктор сначала советуется с прочнистом, предоставляю ему полную сборку в нативном каде; прочнист вычищает в нативном всю ненужную мелочь и проводит расчёты, модя геометрию под себя и советуясь с конструктором; потом в несколько этапов таких "советов" конструктор финалит геометрию и КД. А не наоборот...

100500 вариантов голимого stp никому не впёрлось заново вычищать и пересчитывать с нуля...

[Jesse 972]

12 часов назад, gemini74 сказал:

В чем целесообразность оболочек?

Ресурсы компьютера.

Попробуйте пож-ста посчитать изгиб стальной мембраны толщиной 0.5 мм и длиной 2 метра. Тетрами.

Тогда вы поймёте что я имею в виду :)

[gemini74 0]

5 минут назад, Jesse сказал:

Ресурсы компьютера.

Попробуйте пож-ста посчитать изгиб стальной мембраны толщиной 0.5 мм и длиной 2 метра. Тетрами.

Тогда вы поймёте что я имею в виду :)

Вы даете пример, которая подпадает под классическую поверхностную модель. Само собой строить ее из твердотельных нет смысла. Опять же простая геометрия с двумя размерами. Это все задачи , относительно далекие от реальной геометрии серийных , массовых изделий. Задач, которых можно упростить до примитивных поверхностей мне попадалось не так много. Это теоретические задачи, далекие от практики. Поверхности, акцент на них в расчетах делался когда мощности компов были далеки от желаемых. Сейчас вроде времена изменились. И в большинстве случаев не требуются считать динамику или нелинейные задачи ,  разрушения в краш-тестах, задействуя типа LS DYNA. Не знаю , что у Вас за практика, но в моем опыте расчеты CAE не стоят на первом месте в приоритете по сравнению с работой конструктора. Большинство контор опирается на практику. Легче и проще сделать, испытать, чем провести полные расчеты, это и сложно, и штат расчетчиков нужно держать, чтобы были спецы и сопромате, и теплотехнике и гидравлики. Такое может позволить только типа РОСАТОМ. В конторах попроще  рассчитывают все проще. И расчетчик только проверяет работу конструктора в каких то моментах, но особо не вмешивается в процесс конструирования. Производство требует как обычно быстрый результат. Да еще сроки изготовления у нас всегда ограничены. 

Поверхности  нужны для сокращения ресурсов в расчетах на треть , т.е из модели убирается третья координата. Но говорить , что это панацея и всегда нужно это делать я не соглашусь. Да , можно к этому стремится, но не считать, что только поверхности являются единственно верным правильным и точным решением. Это всего лишь вариант упрощения модели .  

[vik_q 148]

27.07.2024 в 12:28, gemini74 сказал:

Не знаю , что у Вас за практика, но в моем опыте расчеты CAE не стоят на первом месте в приоритете по сравнению с работой конструктора. Большинство контор опирается на практику. Легче и проще сделать, испытать, чем провести полные расчеты, это и сложно, и штат расчетчиков нужно держать, чтобы были спецы и сопромате, и теплотехнике и гидравлики. 

Поэтому наши изделия не конкурентноспособны на мировом рынке. Довелось мне как-то раз перечитывать мачту молниеотвода, спроектированную немцами. Так там толщины мачты по высоте менялись, обеспечивая оптимальную равнопрочную конструкцию. Минимальная цена при максимальной несущей способности.

Конструктор такое мало какой осилит.

 

[AlexKaz 1 847]

27.07.2024 в 14:28, gemini74 сказал:

Поверхности  нужны для сокращения ресурсов в расчетах на треть , т.е из модели убирается третья координата. Но говорить , что это панацея и всегда нужно это делать я не соглашусь. Да , можно к этому стремится, но не считать, что только поверхности являются единственно верным правильным и точным решением. Это всего лишь вариант упрощения модели .  

Когда листовины в сборке много, тогда и используют. Сетку создают на основе срединной поверхности.

Если листовины нет, то нет и смысла использовать оболочки.

А ещё есть композиты - моделить их твердотелкой найдётся мало желающих.

 

27.07.2024 в 14:28, gemini74 сказал:

Сейчас вроде времена изменились. И в большинстве случаев не требуются считать динамику или нелинейные задачи ,  разрушения в краш-тестах, задействуя типа LS DYNA. Не знаю , что у Вас за практика, но в моем опыте расчеты CAE не стоят на первом месте в приоритете по сравнению с работой конструктора. Большинство контор опирается на практику. Легче и проще сделать, испытать, чем провести полные расчеты, это и сложно, и штат расчетчиков нужно держать, чтобы были спецы и сопромате, и теплотехнике и гидравлики. Такое может позволить только типа РОСАТОМ. В конторах попроще  рассчитывают все проще. И расчетчик только проверяет работу конструктора в каких то моментах, но особо не вмешивается в процесс конструирования.

Не обязательно Росатом: авиация, автомобили, научное оборудование, космос и прочее ползающее и плавающее. Как правило. всё не типовое, или когда затраты ресурсов на расчёт сильно меньше затрат на изготовление прототипа и его испытания.

Изменено 29 июля пользователем AlexKaz