Расчёт по ПНАЭ Г-7-002 с использованием МКЭ

[Guterfreund 75]

Приведите сетку цилиндра. Т.к. вы не рисовали шов, то автоматически появляется концентрация напряжений. Вы уверены что она не повлияла на ту зону, которую вы оцениваете?

 

Сетку приводить не буду. Для данной задачи это не имеет никакого значения. Считайте, что она достаточно мелкая. А причем тут концентрация напряжений? Есть она или нет ее для статического расчета это не имеет абсолютно никакой важности. Что методом категоризаций (линейный расчет), что методом прямого расчета (пластический расчет) мы оцениваем конструкцию без учета концентрации (статика).

 

Ну если даже предположить, что концентрация напряжений все-таки повлияла на выделенное мной первичное напряжение, то данное первичное напряжение должно было бы стать несколько больше чем на самом деле, т.е. результаты были бы чуть консервативнее. Но ведь результат моего расчета превышает расчетное давление по ГОСТ, т.е. если бы я убрал этот "непреднамеренно" заложенный консерватизм, различие было бы еще большим!

Наши нормы и госты это конечно здорово, но современный мир уже давно ушел от 1989 года. Поэтому уже давно использую упруго-пластический расчет описанный в ASME BPVC VIII div2.

 

А вот тут вопрос: имеет ли право российский инженер-расчетчик или прочнист использовать регламентирующие документы, не действующие на территории РФ? Знаю один случай, когда людьми были посчитаны фланцы не по ГОСТ, а по ASME. При монтаже их перетянули и случилась авария. Экспертная организация в качестве виновных привлекла как монтажников, так и расчетчиков, т.к. те без обоснования применили код ASME при расчете.

 

Преимущества: -нет заморочки с правильной интерпретаций категорий -менее консервативный

 

 

А я вот думаю, что некоторый консерватизм в расчетах - не есть плохо. Метод категоризации во многих случаях очень удобен и обеспечивает тот самый консерватизм.

Интересно и стоит покопаться при наличии времени, но на первый взгляд (по ГОСТ Р и ПНАЭ Г примерно одинаково):

 

Просто в ГОСТ для данной крышки (днища) рассмотрено несколько возможных случаев приварки и коэффициенты K4 (K) несколько отличаются. Таким образом, результаты расчетов данной крышки по ПНАЭ отлчиаются от расчета МКЭ еще больше   

[Guterfreund 75]

Пример расчета запорной арматуры с учетом работы упруго-пластического материала по ASME представлен тут

 

А как обстоит дело с расчетом фланцев арматуры со стороны трубопроводов? Ведь они также будут нагружены, а в отчете их расчет я видимо проглядел?

[CAE-CUBE 0]

1. Про категоризацию в днище с укрепляющими двутаврами

А что в этом случае нам говорит ГОСТ с его формулами? Какое число получается - завышенное или заниженное?

 

 

А как обстоит дело с расчетом фланцев арматуры со стороны трубопроводов? Ведь они также будут нагружены, а в отчете их расчет я видимо проглядел?

 

Нагрузки от трубопроводов не учитывались т.к. согласно ГОСТ Р 53672-2009, п.9.6 арматура не должна испытывать нагрузок от трубопровода. При необходимости должны быть предусмотрены опоры или компенсаторы, устраняющие нагрузку на арматуру от трубопровода. 

[Guterfreund 75]

А что в этом случае нам говорит ГОСТ с его формулами? Какое число получается - завышенное или заниженное?

 

ГОСТ в этом случае не может помочь. В ГОСТ рассматривается подкрепленная крышка с количеством ребер не менее шести.

 

 

 

Нагрузки от трубопроводов не учитывались т.к. согласно ГОСТ Р 53672-2009, п.9.6 арматура не должна испытывать нагрузок от трубопровода. При необходимости должны быть предусмотрены опоры или компенсаторы, устраняющие нагрузку на арматуру от трубопровода. 

 

 

Ну а как быть с нагрузками, представленными в НП-068? Получается не вся арматура исключает воздействия со стороны трубопроводов. По опыту, кстати, очень часто встечаются изделия с нагрузками на фланцы...

 

Ну и если посмотреть в обязательное Приложение А к ГОСТ Р 53672-2009, то мы увидем, что "При проведении расчетов арматуры на прочность необходимо учитывать следующие нагрузки и воздействия:" в том числе: "-нагрузки, передаваемые со стороны трубопроводов на патрубки и на места крепления арматуры к строительной конструкции".

 

Пп. 9.6 ГОСТ Р 53672-2009 вызывает сомнения! Могу сказать точно, что те, кто арматуру поставляет уверены в том, что на месте никто не будет делать каких-либо опор под нее и все нагрузки от трубопроводов учитывают при расчете

 

[CAE-CUBE 0]

 

ГОСТ в этом случае не может помочь. В ГОСТ рассматривается подкрепленная крышка с количеством ребер не менее шести.

 

 

 

 

 

Ну а как быть с нагрузками, представленными в НП-068? Получается не вся арматура исключает воздействия со стороны трубопроводов. По опыту, кстати, очень часто встечаются изделия с нагрузками на фланцы...

 

Ну и если посмотреть в обязательное Приложение А к ГОСТ Р 53672-2009, то мы увидем, что "При проведении расчетов арматуры на прочность необходимо учитывать следующие нагрузки и воздействия:" в том числе: "-нагрузки, передаваемые со стороны трубопроводов на патрубки и на места крепления арматуры к строительной конструкции".

 

Пп. 9.6 ГОСТ Р 53672-2009 вызывает сомнения! Могу сказать точно, что те, кто арматуру поставляет уверены в том, что на месте никто не будет делать каких-либо опор под нее и все нагрузки от трубопроводов учитывают при расчете

 

 

Особенности нашей НТД - учитывай то , что не должно влиять.

 

А если серьезно, то нагрузки от трубопровода учтены не были, т.к. самого трубопровода не существует пока что даже в проекте. В идеале считать конечно же необходимо всю систему, но опять же - какая-то дискретизация должна быть, а то так придется задвижку считать с учетом всего завода и далее матушки планеты Земля.

 

Эмпирические формулы ГОСТ получены из предельных состояний элемента в результате натурного испытания. Таким образом, цифра 0.15 МПа по МКЭ вызывает некторое подозрение.

 

а Вы не думали, что участвующие в ГОСТ коэффициенты сильно изменены в сторону запаса (т.к. рассчитаны на обычного инженера)? Запас конечно хорошо, но не проще тогда удваивать толщину стенки и не заморачиваться с прочностью?

 

ГОСТ в этом случае не может помочь. В ГОСТ рассматривается подкрепленная крышка с количеством ребер не менее шести.

еще один камень в сторону ГОСТов. Итого - с помощью МКЭ мы считаем реальную физику объекта с минимальными упрощениями по сравнению с НТД

[Guterfreund 75]

А если серьезно, то нагрузки от трубопровода учтены не были, т.к. самого трубопровода не существует пока что даже в проекте. В идеале считать конечно же необходимо всю систему, но опять же - какая-то дискретизация должна быть, а то так придется задвижку считать с учетом всего завода и далее матушки планеты Земля.

 

Мы при расчете арматуры даем допускаемую нагрузку на патрубки со стороны присоединяемых трубопроводов. В 90% случаев нагрузки от трубопроводов будут. Естественно, существуют мероприятия по их снижению. В нашем случае специалисты, проектирующие, прочие элементы за исключением арматуры (в том числе трубопроводы) ориентируются на наши допускаемые величины. Полностью изолировать арматуру от внешних нагрузок очень затруднительно, ИМХО.

 

 

 

а Вы не думали, что участвующие в ГОСТ коэффициенты сильно изменены в сторону запаса (т.к. рассчитаны на обычного инженера)? Запас конечно хорошо, но не проще тогда удваивать толщину стенки и не заморачиваться с прочностью?

 

 

Я достаточно часто общаюсь с разработчиками данных ГОСТов, в их компетентности у меня сомнений нет и с коэффициентами запаса там все нормально. Касательно примера с крышкой, там одна формула всего. По вашему мнению "обычный инженер" не способен подставить три цифры в формулу и посчитать результат? И для этого разработчики ГОСТ на всякий случай решили увеличить коэффиценты запаса?

 

 

 

еще один камень в сторону ГОСТов. Итого - с помощью МКЭ мы считаем реальную физику объекта с минимальными упрощениями по сравнению с НТД

 

 

Ни какой и не камень. Я не утверждаю, что ГОСТ это истина для всех возникающих в реальной жизни ситуаций, но в пределах его применимости ГОСТ очень даже хороший инструмент. С МКЭ мы, конечно, считаем реальную физику объекта, точнее некоторые из нас думают, что они создают модели, способные полностью отразить суть происходящих явлений, но в реальности лишь очень малая часть таких моделей дает сносный результат и вот ту-то можно вспомнить того самого обычного инженера. В руках такого инженера иснтрументы МКЭ хуже гранаты, для них лучше ГОСТа ничего не придумаешь!

[Guterfreund 75]

Как-то в одной из тем мы с @@soklakov обсуждали величину пластической деформации в 5%, которую используют в частности в нормах EN 13445 в расчетах по прямому методу. Вот, что я нашел по этому поводу:

 

"The values of the strain limits are the result of a compromise – large enough to allow for results close to the limit analysis actions, and small enough to avoid numerical instabilities and to cover the failure mode excessive local strains safely. They are seen to be by far small enough for the sufficiently ductile materials considered – with an elongation after rupture not less than 14%. Discussions have shown that it is necessary to remind designers that these strain limits are limits for the effects in the design models – with design material strength parameters – and
that they apply for design values of actions, i.e. the actual strains for characteristic values of actions in the actual structure are in general much smaller than these specified limits."

 

Я думаю, тут будет уместно про это написать.

[soklakov 1 475]

В руках такого инженера иснтрументы МКЭ хуже гранаты, для них лучше ГОСТа ничего не придумаешь!

С этим очень легко и приятно соглашаться до тех пор, пока этот самый "инженер" кто-то другой, кто-то третий.

Сюда же, в защиту и хвалу ГОСТов можно добавить, что cae-расчетчики частенько занимаются over-инжинирингом - моделируют все "как есть" за бешеные время-деньги, зато снимают красивые мультики. А это совершенно "ненужный бред", по крайней мере, если не думать о том, какое место в экономике занимает мАркетинг.

 

Но вот если подумать не за другого инженера, не за страну, не за безопасность ЛАЭС, а за себя?...

Какие задачи решать? Как расчеты выполнять?

Подставлять цифры и коэффициенты в готовые методики, коды и стандарты?

Или исследовать нерешенную ранее проблему современными методами с калибровкой на эксперимент с целью получения профита в любых его вариантах?

[Guterfreund 75]

Какие задачи решать? Как расчеты выполнять? Подставлять цифры и коэффициенты в готовые методики, коды и стандарты? Или исследовать нерешенную ранее проблему современными методами с калибровкой на эксперимент с целью получения профита в любых его вариантах?

 

Ах, @@soklakov, не травите мне душу! Счастье, конечно, не в ГОСТах. Всегда мечтал поработать с такими задачами, где и новизна и верификация по эксперементу и научный подход и пр. Слава Богу, хоть какие-то задачи МКЭ получается решать, а то с этими ГОСТами совсем в бездумную машину можно превратиться.

[Guterfreund 75]

Допустим, моя предельная нагрузка соответствует 5% пластических деформаций. Могу ли я в ANSYS задать решателю эту предельную величину пластики как критерий остановки решения? Т.е. если на каком-либо шаге пластическая деформация превысит 5% решение должно автоматически остановиться.

[Guterfreund 75]

ANSYS Help -> Structural Guide -> Structural Static Analysis -> Performing a Static Analysis -> Set Additional Solution Options -> Creep Criteria: CRPLIM и CUTCONTROL

 

Как-будто и не подходит. Не поясните, как в моем случае использовать эти опции?

[piden 2 874]

@@AlexKaz, эти настройки относятся к бисекции, а не к остановке солвера.

[Guterfreund 75]

Вот-вот, и я про то же...

[Guterfreund 75]

@@CAE-CUBE, насколько я понимаю, Вы хорошо владеете нормами ASME. Есть несколько вопросов. Может поможете разобраться? Если другие участники знают ответы, пожалуйста, также пишите!

 

1. Есть ли принципиальное отличие в оценке конструкции по ASME III (атомка) и по ASME VIII (сосуды под давлением)? Если, например, смотреть на наши нормы, то различия в ПНАЭ и ГОСТ 52857 несущественны.

 

2. Определение Limit Load по ASME. Limit Load находится по точке, в которой задача перестает сходится?

 

3. Что является допускаемой нагрузкой по данному типу расчета: 2/3 от Limit Load? Вроде как у Вас в отчете Вы берете в качестве допускаемой нагрузку, равную Limit Load, определенную по пределу текучести, скорректированному на коэффициент запаса.

 

4. Определение Plastic Collapse Load. Что является предельной нагрузкой по данному типу расчета? Также осутствие сходимости? Постоянно натыкаюсь на методы TES (twice elastic slope) при определении данной нагрузки. Авторы ссылаются на ASME III. Почитал данный документ, чего-то ничего не нашел по TES. Как правильно в итоге определять Plastic Collapse Load?

[Guterfreund 75]

Limit Load находится по точке, в которой задача перестает сходится?

 

 

 

Определение Plastic Collapse Load. Что является предельной нагрузкой по данному типу расчета? Также осутствие сходимости? Постоянно натыкаюсь на методы TES (twice elastic slope) при определении данной нагрузки. Авторы ссылаются на ASME III. Почитал данный документ, чего-то ничего не нашел по TES. Как правильно в итоге определять Plastic Collapse Load?

 

 

Сам же и отвечаю: "A critical evaluation of plastic behavior and a unified definition of both limit load and plastic collapse loads for pressure vessel components is described in WRC 254 [1]. However, with the advent of robust numerical procedures for inelastic analysis including geometric nonlinearity and material nonlinearity (i.e. plasticity), material models to define elastic-plastic behavior as described in paragraph 3.13, and faster computational speeds, the limit and plastic collapse loads are now defined when convergence is achieved in a numerical solution" это у нас идет из ASME Section VIII - Division 2 Criteria and Commentary.

 

Получается те же методы TES вполне применимы, но точности численных методов на данный момент уже хватает для определения данных типов нагрузок напрямую по точке расхождения числовой модели.

[CAE-CUBE 0]

@@CAE-CUBE, насколько я понимаю, Вы хорошо владеете нормами ASME. Есть несколько вопросов. Может поможете разобраться? Если другие участники знают ответы, пожалуйста, также пишите!

 

1. Есть ли принципиальное отличие в оценке конструкции по ASME III (атомка) и по ASME VIII (сосуды под давлением)? Если, например, смотреть на наши нормы, то различия в ПНАЭ и ГОСТ 52857 несущественны.

 

2. Определение Limit Load по ASME. Limit Load находится по точке, в которой задача перестает сходится?

 

3. Что является допускаемой нагрузкой по данному типу расчета: 2/3 от Limit Load? Вроде как у Вас в отчете Вы берете в качестве допускаемой нагрузку, равную Limit Load, определенную по пределу текучести, скорректированному на коэффициент запаса.

 

4. Определение Plastic Collapse Load. Что является предельной нагрузкой по данному типу расчета? Также осутствие сходимости? Постоянно натыкаюсь на методы TES (twice elastic slope) при определении данной нагрузки. Авторы ссылаются на ASME III. Почитал данный документ, чего-то ничего не нашел по TES. Как правильно в итоге определять Plastic Collapse Load?

 

1. По ASME III считать пока не доводилось, поэтому пока помочь не могу. По поводу ГОСТ и ПНАЭ, считаю что ГОСТ вчистую передрали с ПНАЭ. Как следствие, то что в ПНАЭ описано на порядка сотне страниц с пояснениями, в ГОСТ уместилось в два абзаца пункта 8 первой части.

 

2. Описание данной нагрузки можно получить из ASME VIII п.5.2.3.3 и используется при расчете вторым вариантом по limit-load analysys

 

3. Формально вы берете нагрузку которую хотите проверить, по таблице 5.4 получаете коэффициенты и проверяете на сходимость. Если сходится то все хорошо и нагрузка допускаема (как вы выражаетесь).

У нас в отчете мы считаем по elastic-plastic методу (3 вариант), который более продвинут по сравнению с limit-load. Поэтому нагрузки Limit-load нет, а есть Plastic Collapse Load, о которой ниже.

 

4. Описание данной нагрузки можно получить из ASME VIII п.5.2.4.2. Аналогично третьему пункту, только используется таблица 5.5.

 

P.S. Да, и не забывайте, там нюансов море. Как например обязательная проверка ратчетинга и комбинаций нагрузок, которые в явном виде не прописаны в вышеперечисленных таблицах.

[Guterfreund 75]

@@CAE-CUBE, спасибо!

 

Как например обязательная проверка ратчетинга

 

Не пойму никак, почему авторы ПНАЭ проверку по размахам напряжений сделали опциональной, а не обязательной. 

[CAE-CUBE 0]

Проверка по размахам напряжений в ПНАЭ не проверяет ратчетинг. Аналог ратчетинга это прогрессирующее формоизменение, которое проверяется по приложению 4.

Аналог проверки по размахам это проверка Service Criteria по ASME. Для упруго-пластического расчета например, это пункт 5.2.4.3. Так вот этот критерий задается в User’s Design Specification (сравните с последним абзацем в ПНАЭ п.5.4.8)

 

Проверка ратчетинга необязательна только если сосуд изготовлен по 4 главе ASME (типа by formula)

[Guterfreund 75]

Проверка по размахам напряжений в ПНАЭ не проверяет ратчетинг. Аналог ратчетинга это прогрессирующее формоизменение, которое проверяется по приложению 4.

 

 

В моем понимании, если у нас не наступает ratcheting, мы сталкиваемся с shakedown. Я правильно понимаю, ведь shakedown, по сути, это разрушение, при котором пластическая деформация безконтрольно накапливаясь превышает допускаему величину?

 

Если обратиться к разделу 5.10 ПНАЭ "Расчет на прогрессирующее формоизменение", то можно увидеть, что расчет проводят применительно к элементам конструкции, для которых остаточные изменения формы в работе не допустимы и пр... Это уже более похоже на сервисные критерии, которые Вы описывали, но никак не похоже на прочностные критерии, выполнение которых обязательно для всех конструкции. Как-то тут авторы ПНАЭ запутали.

 

В Приложении 4 ПНАЭ подробно описан метод расчета на прогрессирующее формоизменение. Много писанины и много формул. А как быть с простой оценкой по линейным напряжениям типа:

 

Ведь в тот же ГОСТ заложен именно этот принцип оценки по 3сигма.

 

Может сможете пояснить, в чем преимущества метода, описанного в Приложении 4 ПНАЭ. В данном подходе разобраться пока времени нет, а понять уж очень хочется уже сейчас.

 

Спасибо!

[CAE-CUBE 0]

ratcheting это процесс накопления деформаций все больше и больше, а shakedown это приспособляемость - т.е когда конструкция пластически деформируется таким образом что накопление прекращается (прил 4 п.2.2 ПНАЭ)

 

В ASME п.5.12 (definitions) тоже есть эти два понятия.

 

Сервисный критерий из ПНАЭ при расчете прочности я так понимаю реализуется так - вы приложили нагрузку один раз (статическая) и аппарат работает при ней. Но так получилось что труба уменьшилась в размерах, и нам допустим это не подходит.

А Прогр. формоизменение это постоянный процесс при циклических нагрузках (например слили/залили рабочую среду) и в каком-то месте деформации с течением времени все больше растут. Поэтому допустим произошла приспособляемость но по сервисному критерию не проходит.

 

"В Приложении 4 ПНАЭ подробно описан метод расчета на прогрессирующее формоизменение. Много писанины и много формул. А как быть с простой оценкой по линейным напряжениям типа:" - неясно что имеете в виду.

 

В чем преимущества - их нет. Это независимая проверка своего предельного состояния, описанного в п 1.2.1 ПНАЭ. 

 

PS как освободится время, планирую набросать небольшой FAQ у себя на форуме по выполнению упруго-пластического расчета согласно ASME VIII div.2 с проверкой необходимых критериев