Расчёт на прочность баллонов давления

[12Х18Н10Т 25]

@karachun Видел его в ГОСТ 34233.1—2017 (ссылка https://files.stroyinf.ru/Data/662/66253.pdf) как критерий прочности для титановых сплавов.

Цитата оттуда:

"В качестве критерия прочности, позволяющего использовать прочностные характеристики, полученные при одноосном растяжении, для анализа прочности элементов конструкции, находящихся в двух- или трехосном напряженно-деформированном состоянии, в ГОСТ 34233.1 — ГОСТ 34233.11 используется критерий прочности по теории максимальных касательных напряжений, за исключением сосудов из титана и титановых сплавов, для которых используется критерий прочности Мизеса — Хилла".

Тут также баллоны из изотропных материалов оценивают по касательным напряжениям.

[AlexKaz 1 821]

1 час назад, 12Х18Н10Т сказал:

Ну то есть, я правильно понимаю, что многоосность НДС Вы учитываете только при подсчёте эквивалентных напряжений, нигде не учитываете "изменение предела прочности из-за этой многоосности", которая не факт, что имеет место?

Почему же, есть критерии разрушения, основанные на накоплении деформаций и уровня НДС, которым абсолютно всё равно, есть сдвиг предела прочности или нету. Например Колмогоров, Огден и т.п. десятки-сотни их... Естественно, без испытаний никуда.

Один из студентов, у которых я веду практику, сейчас изобретает свой критерий. Во всяком случае, так его озадачили. Моё дело было показать какие критерии на текущий момент в ходу, и как вытаскивать компоненты тензора деформаций и напряжений и собирать нечто в виде циферки - хотя бы тот же Треска или Мизес, в данном случае, дело идёт в LS-DYNA, - а дальше пусть сам пашет, все карты у него в руках...

Изменено 5 ноября 2019 пользователем AlexKaz

[soklakov 1 475]

12 минуты назад, 12Х18Н10Т сказал:

за исключением сосудов из титана и титановых сплавов, для которых используется критерий прочности Мизеса — Хилла

хм... есть мысли, чем титан отличается от стали и алюминия?

там следующее предложение есть:

Цитата

за исключением сосудов из титана и титановых сплавов, для которых используется критерий прочности Мизеса — Хилла. В настоящем стандарте учет этого критерия для трансверсально-изотропных материалов осуществляют корректировкой коэффициентов запаса прочности.

может там титан упрочненный стал анизотропным... интрига прям.

 

Цитата

за исключением сосудов из титана и титановых сплавов, для которых используется критерий  Мизеса — Хилла для трансверсально-изотропных материалов, у которых механические свойства изотропны в плоскости слоя и анизотропны по толщине. Допускается определять приведенные напряжения для оболочечных конструкций из титана и титановых сплавов так же как для стали. При этом влияние анизотропии учитывают при оценке несущей способности введением повышенного значения запаса прочности в соответствии с 8.2.

вон оно чё

[12Х18Н10Т 25]

5 минут назад, soklakov сказал:

может там титан упрочненный стал анизотропным

Я так понял, что прокатили его или ещё как механически обработали в одном направлении. 

[soklakov 1 475]

Цитата

Упругие постоянные титана при комнатной температуре — 3,52-18,07 в зависимости от на­правления, фактор анизотропии — 1,33. Модуль нормальной упругости (Е) титана при комнатной температуре в зависимости от ориентировки кристаллитов и содержания примесей изменяется в широких пределах. В направлении оси с модуль Юнга Е = 146 ГПа, в перпендикулярном направлении — 106 ГПа; для нетекстурованного титана модуль Юнга Е ~ 112 ГПа, сдвига G - 41 ГПа и всестороннего сжатия К=126 ГПа, коэффициент Пуассона ν = 0,32.

ох ё.

тут это не пишут напрямую, но, кажется, анизтропным является все-таки только тестурированный титан. а то странно как-то было бы видеть анизотропию, если мы ничего для этого не делали. это ж не кремний.

плюс ссылка про запас

[Jesse 958]

2 часа назад, 12Х18Н10Т сказал:

Интересно стало, кто-нибудь из здесь присутствующих вообще учитывает многоосность напряжённого состояния в расчётах (не только усталость, но и статика)?

к примеру мы знаем, что какая-нибудь болванка будет нагружена 1500 циклами растяжением-сжатием или чистым изгибом. Но эти виды ндс в "чистом виде" нереализуемы: в местах захвата (если это эксперимент) или в заделке реально работающей конструкции всё равно будет сложное ндс, многоосное. При однократном статичном нагружении эта многоосность спокойно пренебрегается (если что можно в запас заложить), а при цикловом нагружении при сотнях и тысячах циклов "копейки набегают", и мы уже не можем пренебрегать. 
Как я понял, в формуле 4.28, 4.29 пост №50 вводится поправочный числовой коэффициент через функцию, полученную эмпирически с помощью экспериментов. 

[12Х18Н10Т 25]

@AlexKaz Я не изобретая новые критерии пытаюсь понять какие используются сейчас для оценки хотя бы рядовых конструкций типа баллонов, баков и т.п. А Вы рассказываете про человека, который свой критерий изобретает) Между нами пропасть!

[Jesse 958]

@12Х18Н10Т вот кстати интересная рукопись.. там больше по ЛМР, но быть может пригодится..)
рукопись - оценка ресурса трубопров при пульс давл (цикл, мех разр).pdf

Изменено 5 ноября 2019 пользователем Jesse

[soklakov 1 475]

6 минут назад, Jesse сказал:

Но эти виды ндс в "чистом виде" нереализуемы: в местах захвата (если это эксперимент) или в заделке реально работающей конструкции всё равно будет сложное ндс, многоосное.

они реализуются в рабочей части образца. что там в захватах - не важно.

с заделкой чуть сложнее, но тоже можно забить, если балка. на заделку можно посмотреть как на две шарнирных опоры, расположенных достаточно близко к друг другу.

к слову, эксперименты на изгиб не с консолью делаются, а с трехточечных изгибом. там все хорошо и с НДС и с сингулярностями.

12 минуты назад, Jesse сказал:

Как я понял, в формуле 4.28, 4.29 пост №50 вводится поправочный числовой коэффициент через функцию, полученную эмпирически с помощью экспериментов. 

эмпирических коэффициентов Бауманка наплодила в середине прошлого века столько, что теперь @12Х18Н10Т не знает в какие книжки смотреть, и чему верить.

 

эмпирические коэффициенты хороши для того, чтобы включить их в какой-нибудь справочник Анурьева и отдать его конструктору. в нормальном расчете все эмпирические коэффициенты - это константы моделей материалов или что-то вроде коэффициента трения. эмпирические они в том смысле, что должны быть получены из простого эксперимента. а вот поправочные коэффициенты - это временные решения прошлого, которые обсуждаются в курсе "детали машин".

 

ими крайне сложно пользоваться, поскольку обычно, в отличие от норм, сложно четко определить область применения этих коэффициентов. сложно, в смысле пользователю коэффициента. авторы-то эмпирического коэффициента более менее представляют область определения. но не всегда четко ее прописывают в своих результатах. а когда это все-таки превращается в нормы, то мы оказываемся перед лицом узкой области применимости. шаг влево, шаг вправо - коэффициенты не работают.

[12Х18Н10Т 25]

20 минут назад, soklakov сказал:

эмпирических коэффициентов Бауманка наплодила в середине прошлого века столько, что теперь @12Х18Н10Т не знает в какие книжки смотреть, и чему верить.

Так-то, когда я начинал эту тему на форуме, я думал, что не у меня одного такая проблема. После двух страниц обсуждений складывается ощущение, что я один не знаю куда смотреть, у всех остальных вообще таких вопросов не возникает!

[karachun 2 038]

1 час назад, soklakov сказал:

так он же для анизотропных.

Да, но можно же выбрать ортогональные оси и задать одинаковые модули по всем направлениям. Тогда получиться изотропный материал в линейной области но пластика пластика будет наступать по разному в зависимости от направлений напряжений.

[soklakov 1 475]

@12Х18Н10Т , дак Вы начинали с мембранных, а уже до Хилла добрались. Так недалеко и до композитных баллонов и Пака.

а вот усталость - вечный вопрос. нет смысла надеяться, что коэффициенты помогут там, где разброс результатов такой большой. Вы спрашивали про учет многоосности, но там ведь еще есть и ассиметрия цикла. и тоже есть варианты, как ее учитывать. и всё это весьма приблизительно. с другой стороны, ведь и запас по усталости назначается около 10. то есть неточность оценки компенсируется бешеным запасом.

5 минут назад, karachun сказал:

Тогда получиться изотропный материал в линейной области но пластика пластика будет наступать по разному в зависимости от направлений напряжений.

можно. а зачем? чтобы это делать, нужен и материал соответствующий.

[12Х18Н10Т 25]

@soklakov Я сам не понял, как мы добрались до таких высот.

К Вам вопрос. Представим, что у Вас есть 3d-модель баллона, Ansys и результаты испытаний на одноосное растяжение образца материала баллона. Вы хотите понять при каком давлении разрушится этот баллон. На какие показатели НДС Вы бы стали смотреть и с чем сравнивать?

[karachun 2 038]

@soklakov Я применял эту модель чтобы учесть разные пределы текучести по разным направлениям у монокристалической детали из жаропрочного сплава.

[soklakov 1 475]

8 минут назад, 12Х18Н10Т сказал:

Вы хотите понять при каком давлении разрушится этот баллон.

разрушится - это плохо) это нелинейщину считать. с другой стороны, для тонкостенной оболочки от начала текучести до разрушения - полшага. так что я бы брал мембранные и спал спокойно.

ну то есть расчетные значения давления оказались бы ниже фактических, но лучше так, чем наоборот.

собственно, эту мысль Вы выразили еще в первом посте.

 

кроме того, дабы защищаться от ошибки расчетчика, давление испытаний на 25% больше, чем рабочее. этот запас тоже поможет. правда, на него Вы и должны считать, на увеличиненное. но ведь это значит, что в эксплуатации будет совсем хорошо. 

5 минут назад, karachun сказал:

Я применял эту модель чтобы учесть разные пределы текучести по разным направлениям у монокристалической детали из жаропрочного сплава.

я не имел в виду, что это никому не нужно. критерий Хилла популярная штука. я имел в виду, зачем это для стального баллона или даже для титана. точнее, для титана понятно - он может быть текстурированным. но вот как этот критерий поможет @12Х18Н10Т , я не уловил.

[12Х18Н10Т 25]

4 минуты назад, soklakov сказал:

ну то есть расчетные значения давления оказались бы ниже фактических, но лучше так, чем наоборот.

В результате, имеем перевес и перерасход материала, который мы могли бы пустить в дело и достроить коммунизм!

 

7 минут назад, soklakov сказал:

кроме того, дабы защищаться от ошибки расчетчика, давление испытаний на 25% больше, чем рабочее. этот запас тоже поможет. правда, на него Вы и должны считать, на увеличиненное. но ведь это значит, что в эксплуатации будет совсем хорошо.

Вот тут не буду утверждать, но, по-моему считается на рабочее давление, всё-таки, а испытывают пробным, которое иногда до 1,5 от рабочего доходит (надо смотреть нормативную документацию).

4 минуты назад, soklakov сказал:

с другой стороны, для тонкостенной оболочки от начала текучести до разрушения - полшага. так что я бы брал мембранные и спал спокойно.

Если взять какой-нибудь АМг6М, у которого предел текучести в два раза ниже предела прочности, то не совсем полшага)

 

22 минуты назад, 12Х18Н10Т сказал:

На какие показатели НДС Вы бы стали смотреть и с чем сравнивать?

Я, может, не правильно вопрос поставил. Я имел ввиду будете ли Вы сравнивать напряжение по Мизесу с пределом прочности или т.п.?

[karachun 2 038]

@soklakov да, согласен

[soklakov 1 475]

5 минут назад, 12Х18Н10Т сказал:

Вот тут не буду утверждать, но, по-моему считается на рабочее давление, всё-таки, а испытывают пробным, которое иногда до 1,5 от рабочего доходит (надо смотреть нормативную документацию).

считают на все. давление испытаний - обязательный расчетный случай. и рабочее давление тоже.

при испытаниях обычно температурный режим простой. а вот в работе пусть и при меньшем давлении, могут оказаться другие нагрузки.

6 минут назад, 12Х18Н10Т сказал:

Если взять какой-нибудь АМг6М, у которого предел текучести в два раза ниже предела прочности, то не совсем полшага)

тогда брать нелинейную модель и определять предельное состояние. это будет близко к эксперименту.

вот только, помимо разрушения от статической нагрузки, Вас ведь интересует усталость. а там все довольно линейно. и, скорее всего, этот расчет будет определяющим толщину.

8 минут назад, 12Х18Н10Т сказал:

В результате, имеем перевес и перерасход материала, который мы могли бы пустить в дело и достроить коммунизм!

безопасность превыше всего

с перевесом ситуация зависит от финансовых возможностей. если у вас есть деньги на несколько неудачных испытаний - то можно и поэкономить материал перед выпуском в серию. а если хотите пройти испытания с первого раза - то лучше а запасом.

[12Х18Н10Т 25]

4 минуты назад, soklakov сказал:

тогда брать нелинейную модель и определять предельное состояние. это будет близко к эксперименту.

Вот, собственно к чему я и веду. Как бы Вы определили предельное состояние в данном случае? Мне приходит в голову только расчёт до того момента, пока Ansys не перестанет сходится по силам или перемещениям.

7 минут назад, soklakov сказал:

помимо разрушения от статической нагрузки, Вас ведь интересует усталость. а там все довольно линейно. и, скорее всего, этот расчет будет определяющим толщину

Вот тут я довольствуюсь коэффициентом запаса 20. Допустим интересует только статика, а количество циклов я получаю уже по факту.

[soklakov 1 475]

3 минуты назад, 12Х18Н10Т сказал:

Мне приходит в голову только расчёт до того момента, пока Ansys не перестанет сходится по силам или перемещениям.

можете дать ему transient - тогда оболочка еще несколько шагов будет разделяться на куски. таким образом Вы убедитесь, что развал решения произошел не просто так.

в тоже время, поскольку переходные процессы считать лень, Вы и по НДС перед развалом решения увидите: разрушение это или трудности сходимости.

к сожалению, предложить жесткое нагружения в случае баллона не получится)) а то бы предельное состояние можно было определить по графику сила/перемещение.