CC BY
3
8. Заверняев Б.Г., Курис Э.В. Таблицы универсальные для подбора чисел зубьев в коробках передач и рекомендации по их использованию: учебное пособие. Ростов-на-Дону, ДГТУ, 1993. 168 с.
9. Заверняев Б.Г. Таблицы и методы для кинематического расчета коробок передач с малым знаменателем ряда. Ростов н/Д : ЛаПО, 2001. 222 с.
Рудиков Дмитрий Алексеевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения, Донской государственный технический университет
RELIABILITY AND ACCURACY INDICATORS IN THE DESIGN OF THE MULTIPLIER STRUCTURE OF A METAL-
CUTTING MACHINE
D.A. Rudikov
The article considers the fundamental possibility of creating multiplier structures of metal-cutting machines with a large number of steps and a small denominator of the series, which contributes to the establishment of calculated cutting modes with high reliability and accuracy. It is shown that the most preferable in this case are 36-step multiplier structures with a series denominator of 1.12 or less. It is possible to implement this approach when upgrading existing 18-speed drives by adding one multiplier group (for example, a milling machine mod. 6C12, the drive of which contains two connected multiplier groups).
Key words: the error of the series, the multiplication structure, the accuracy of the row, gear ratio, a multiplanar
group.
Rudikov Dmitry Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, d-studio@mail. ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University, Don State Technical University
УДК 621.772.46
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-3-501 -502
ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ И КОЭФФИЦИЕНТОВ ЖЁСТКОСТИ ШТУЦЕРНЫХ ЗОН КАК ИНСТРУМЕНТ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ СОСУДОВ
ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
А.А. Колесников, М.Ю. Сербиновский
Представлены результаты исследования напряженно-деформированное состояние зон сварных соединений штуцеров с цилиндрическими обечайками сосудов высокого давления, наиболее опасных с точки зрения разрушения, установлено влияние конструктивных параметров на прочность сосудов. Получены зависимости коэффициентов концентрации напряжений и коэффициентов жёсткости сварных соединений штуцер-обечайка на основе результатов моделирования напряженно-деформированного состояния штуцерных зон для 8400 расчётных конфигураций в широком диапазоне изменения конструктивных безразмерных геометрических параметров. Уточнена локализация максимальных эквивалентных напряжений в зоне штуцеров. Представлены зависимости влияния геометрических размеров коэффициенты жесткости сварного шва, внутренней поверхности штуцера и кромки отверстия в обечайке, позволяющие уточнить оценку прочности и ресурса сосудов высокого давления на начальном этапе проектирования и при проверочных расчётах. Исследования поддержаны разработкой соответствующего программного обеспечения, позволяющего осуществлять автоматизированное вариантное моделирование напряженно-деформированного состояния для обеспечение требуемой безопасности при высоких эксплуатационных характеристиках объектов.
Ключевые слова: промышленная безопасность, технические сосуды, коэффициент жесткости, коэффициент концентрации напряжений, метод конечных элементов, штуцер, обечайка сосуда, геометрические параметры.
Развитие техники приводит к повышению требований по безопасной эксплуатации объектов машиностроения и увеличению ресурса их эксплуатации при одновременных требованиях снижения материалоёмкости и стоимости изделий. Противоречивость традиционных конструкторских подходов к обеспечению промышленной безопасности машиностроительных объектов и их материалоёмкости и стоимости приводит к необходимости совершенствования методик проектирования и расчёта конструкций, повышения точности и достоверности этих прочностных расчётов и расчётов ресурса. Многие объекты машиностроения содержат в сосуды, работающие под давлением: баллоны, баки, барабаны, коллекторы, ресиверы, сепараторы, цистерны и т. д., относящиеся к объектам повышенной опасности. Такие сосуды имеют отверстия разного диаметра для присоединения патрубков или штуцеров трубопроводов, отборных устройств измерительных приборов, технологических люков, и других элементов конструкций [1, 2].
Статистика отказов технических сосудов свидетельствует о наибольшей доле аварий приходящихся на зоны соединения штуцеров с сосудами (далее штуцерных зон), где при циклических нагружениях, вызванных изменениями давления, температуры, внешних воздействий в сосудах и их соединениях со штуцерами развиваются усталостные или коррозионно-усталостные трещины [3]. Кроме этого высокие температуры эксплуатации сосудов приводят к повреждениям, связанными с ползучестью материалов. В подавляющем большинстве случаев прочностные расчеты сосудов, расчёты на усталость, ползучесть и ресурс изделий определяются базой нормативно-технической документации (НД) в виде системы стандартов, руководящих документов, руководящих технических материалов и т.д. [4,5,6]. Однако общим для всех этих документов является определение и использование в расчётах значений максимальных напряжений и/или амплитуд изменения напряжений, а это связано с выявлением зон концентрации/локализации напряжений и определением максимальных значений напряжений или коэффициентов концентрации напряжений (ККН). В последнее время при определении зон локализации разрушений используют коэффициенты жесткости напряженного состояния (КЖНС) [7, 8].
Коэффициенты жесткости и концентрации напряжений, в свою очередь, зависят от геометрии сосуда, штуцера и их соединения, в том числе от кривизны кромки внутренней поверхности соединения и величины катета сварного шва. Теоретический коэффициент концентрации эквивалентных напряжений [9] определяется отношением:
_max
fea = (1)
стном
где атахэкв - максимальные эквивалентные напряжения в штуцерной зоне оболочки сосуда, вызванные давлением, определяемые по теории максимальной энергии формоизменения выражением:
О-эТГ = Tf (2)
где oí, 02, аз - главные напряжения в области концентратора; Оном - номинальное напряжение, определяемые по формуле Мариотта в предположении отсутствия концентратора (цилиндрическая обечайка без отверстия и штуцера):
а = ^ (3)
^ном 25 ^ '
где р - внутреннее давление; Da - внутренний диаметр цилиндрической обечайки; S - толщина стенки цилиндрической обечайки.
КНЖС [7], определяется отношением:
п = ai+a2+a3. (4)
^экв
При П > 0, напряженное состояние (НС) является жестким и происходит по механизму отрыва. При П < 0, НС является мягким, разрушение материала вязкое и происходит из-за преобладания касательных напряжений. Более жёсткое НС приводит к повышению вероятности разрушения в данном месте конструкции. Поэтому, для анализа НС и выявления зон локализации возможных разрушений необходимо определить максимальные и минимальные значения ККН и КЖНС в рассматриваемых зонах: наружной поверхности сварного шва, внутренней поверхности штуцера и внутренней кромки отверстия оболочки.
Разработанные методики теории оболочек удобны в вариантном исследовании пространства возможных конструкторских решений, но не позволяют оценить максимальные местные напряжения, которые определяют ресурс толстостенных сосудов давления, работающих в условиях малоцикловой усталости и ползучести. Исследования НС с позиции решения соответствующих трехмерных задач теории упругости и пластичности осуществляются в настоящее время, по большей части, для отдельных вариантов конструкций, что недостаточно для практики конструирования машиностроительного производства [10, 11]. НД также содержат недостаточную по объёму базу КНН, в них полностью отсутствует методики определения и база КЖНС.
Отсутствие методик определения и баз значений ККН и КЖНС для различных вариантов конструкций сосудов усложняет обеспечение их прочности и надежной оценки ресурса. Однако, развитие численных методов, в частности, метода конечных элементов (МКЭ), и электронно-вычислительных машин позволяет разработать алгоритмы автоматизации расчётов НС и изучить закономерности распределения напряжений в штуцерных зонах - зонах соединений штуцер-сосуд, а формализация этих закономерностей, построение расчетных и графических зависимостей даёт возможность уточнить оценку прочности и долговечности конструкции. В результате упрощается обеспечение прочности и заданного ресурса штуцерных зон технических сосудов, эксплуатирующийся в условиях малоцикловой усталости на начальных стадиях проектирования (аванпроект) и при проверочных расчётах, соответственно, повышается безопасность объекта.
Целью исследования являлось повышение достоверности оценки прочности и ресурса сосудов давления путем уточнения расположения мест возможного разрушения штуцерных зон сосудов, установления зависимостей КНН и КЖНС от конструктивных параметров сосудов, их штуцеров и размеров сварных швов соединений штуцер-сосуд в широком диапазоне их изменения, создания расширенной базы КНН и КЖНС, как инструмента обеспечения расчётов повышенной точности.
Средством решения задач данного исследования в связи с необходимостью большого объёма вычислительных операций стала автоматизация процесса получения решений для вариантов конструктивных параметров во всём диапазоне их варьирования. Для этой цели был разработан решатель трёхмерных задач механики твёрдого деформируемого тела SOBAQUS [12]. Программный пакет представляет набор консольных утилит, который может использоваться самостоятельно или в составе других программных комплексов. Решатель реализует итерационный обобщённый метод минимальных невязок и прямой метод разложения Холецкого.
Определение НС проводилась для деформируемых тел, изготовленных из однородного изотропного материала: модуль упругости первого рода E = 210 ГПа, модуль упругости второго рода G = 80 ГПа, плотность р = 7900 кг/м3, коэффициент Пуассона v = 0,3. Для моделирования напряжённо-деформированного состояния штуцерных зон сосудов был выбран десятиузловой тетраэдрический элемент общего назначения, функции формы которого представлены в [13], он наиболее точно может описывать сложную геометрию штуцерной зоны и сварных швов. Такой элемент при простоте задания, как показали исследования, позволяет обеспечить высокую точность получаемых результатов.
Основными геометрическими параметрами штуцерной зоны сосуда давления с цилиндрической обечайкой и непреходящим штуцером являются параметры, представленные на рис. 1. При моделировании рассматривались следующие безразмерные критерии геометрического подобия (A, B, C, р), обеспечивающие постоянство формы и общность полученных результатов штуцерной зоны независимо от абсолютных размеров:
- относительный внутренний диаметр штуцера [14] (8 дискретных значений):
А = ^ = 0,05; 0,15; 0,25; 0,35; 0,45; 0,55; 0,65; 0,75; (5)
- отношение толщин штуцера и обечайки (15 дискретных значений):
В = | = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; (6)
- относительная толщина стенки цилиндрической обечайки [14] (14 дискретных значений):
С = — = 0,01; 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; (7)
- относительная величина катета сварного шва (5 дискретных значений):
р = — = 0,5; 0,75; 1,0; 1,25; 1,5. (8)
fcn
Параметры Выбор границ диапазона для параметра С позволяет анализировать прочность широкого класса технических сосудов: от емкостей низкого давления химических и нефтехимических производств (0,1...1 МПа), до сосудов, используемых в энергетике, работающих при внутреннем давлении свыше 30 МПа. Нижние значения диапазона переменой А соответствует рассмотрению штуцерных зон, вызывающих концентрацию напряжений в обечайке, носящую местный затухающий характер. ОДЗ диапазона В обусловлена сложившейся практикой укрепления отверстий технических сосудов давления.
для непроходящего штуцера
После разбиения пространства проектирования на интервалы, было получено 8400 конструкторских исполнений штуцерных зон. При этом, исполнения с величиной коэффициента концентрации эквивалентных напряжений характеризуемые величиной ко > 5 рассматривались как конструктивно нерациональные. Такие конструктивные исполнения рекомендуется исключить из практики проектирования.
Одной из основных проблем при численном моделировании зон конструктивной неоднородности сосудов является обеспечение необходимой точности. В качестве критерия оценки сеточной сходимости принято значение 3%, для различия между двумя максимальными величинами коэффициента жесткости нагружения П для двух последующих дискретизаций.
Длина обечайки 1=2, 5—205 и длина штуцера 15 = 2,5—2^ принимались достаточными для того, чтобы исключить влияние краевого эффекта.
Результатами работы разработанного программного комплекса явилась базы данных коэффициентов концентрации ко и жесткости напряженного состояния □ зон соединений штуцеров и обечаек цилиндрических сосудов. Базы данных (БД) предназначена для использования при проектировании и оптимизации конструкции цилиндрических сосудов, работающих под давлением, а также при диагностике их технического состояния и оценке ресурса. БД представляют собой набор таблиц и индексов, основанных на реляционной модели данных [15], строго типизированы, содержат ограничения и отношения для обеспечения целостности данных. Модели данных нормализована для предотвращения дублирования данных. Поиск значений коэффициентов выполняется по геометрическим параметрам или их диапазону, включая интерполяцию значений коэффициентов для промежуточных значений параметров поиска. БД ККН описана в [16], на неё получено Свидетельство о государственной регистрации [17], аналогичная БД создана для КЖНС, далее описаны результаты исследования зависимостей КЖНС от конструктивных параметров штуцерных зон. БД могут быть использованы самостоятельно или встроены в другое программное обеспечение для расчётов и конструирования сосудов, моделирования их напряженно-деформированного состояния.
Анализ результатов математического моделирования показывает, что значения коэффициента жесткости П для рассматриваемых штуцерных зон цилиндрических обечаек находятся в следующих пределах: 1,8184 ^ 2,8501 для наружной поверхности сварного шва; 0,4865 ^ 2,0381 для внутренней поверхности штуцера; для внутренней кромки отверстия обечайки 0,4834 ^ 1,4226. Основные зависимости распределения значений коэффициента жесткости штуцерных зон в зависимости от отношения номинальных толщин штуцера и обечайки и соотношения внутренних диаметров для некоторых конструктивных исполнений показаны на рис. 2 - 5.
Выборка минимальных и максимальных значений коэффициента концентрации эквивалентных ко и коэффициента жесткости нагружения П для исследованного диапазона изменения безразмерных геометрических характеристик штуцерных зон приведена в таблице.
Результаты численного моделирования показывают, что максимальная жесткость напряженного состояния (ЖНС по Г. А. Смирнову-Аляеву) наблюдается на наружной поверхности сварного шва штуцерной зоны сосуда. При этом значения коэффициента жесткости нагружения П изменятся от 1,8184 при А = da / Ба = 0,05; В = я / Б = 1,6; С = Б / Ба = 0,2; р = кп / я = 1,5; до 2,8501, возникающего при А = da / Ба = 0,15; В = я / Б = 0,3; С = Б / Ба = 0,01; р = кп / я = 0,5.
Кромка отверстия на внутренней поверхности цилиндрической обечайки находится в наиболее мягком НС для штуцерной зоны. Значения коэффициента жесткости П в этом случае изменятся от 0,4834, соответствующего А = da/Ба = 0,15; В = я /Б = 0,1; С = Б/Ба = 0,5; р = кп/я = 1,5; до 1,4226 при А = da / Ба = 0,05; В = я /Б = 1,8; С = Б / Ба = 0,1; р = кп / я = 0,75.
КЖНС для внутренней поверхности штуцера, находится в интервале между значениями коэффициента жесткости для наружной поверхностью сварного шва и кромкой отверстия обечайки. Для данного участка конструкции штуцерного узла значения коэффициента жесткости П изменяются от 0,4865 в случае А = da /Ба = 0,05; В = я /Б = 0,1; С = Б/Ба = 0,5; р = кп /я = 0,5 до 2,0381 при А = da/Ба = 0,05; В = я /Б = 2,0; С = Б/Ба = 0,01; р = кп / я = 1,25.
Обработка и анализ полученных результатов позволили установить следующие:
- для всей зоны соединения штуцер-обечайка в диапазонах значений кп/я от 0,5 до 1,5 и da / Ба = 0,05^0,15 коэффициент жесткости П имеет наименьшие значения. В то же время, для внутренней кромки отверстия обечайки наиболее мягкое НС наблюдается при Б / Ба = 0,5 и я / Б = 0,1;
- для наружной поверхности сварного шва и внутренней поверхности штуцера в диапазонах значений кп / я от 0,5 до 1,5 и da /Ба = 0,05^0,15 наблюдаются наибольшие значения коэффициента жесткости П. Наряду с
этим, для внутренней кромки отверстия обечайки наибольшие значения коэффициента жесткости П соответствуют величине S / Ба = 0,1 и 5 / S = 1,8.
а б
Рис. 2. Зависимости коэффициента жесткости П для кромки отверстия и внутренней поверхности штуцера
от параметра C толстостенности цилиндрической обечайки: а) при различных значениях отношения толщин штуцера и обечайки B, A = const = 0,25; р = const = 1,25; б) при различным значениях относительного внутреннего диаметра штуцера A, B = const = 0,3; р = const = 1
б
Рис. 3. Зависимости коэффициента жесткости П для поверхности сварного шва и внутренней поверхности штуцера от параметра C толстостенности цилиндрической обечайки: а) при различные значениях относительного внутреннего диаметра штуцера A, B = const = 0,5; р = const = 1,25; б) при различные значениях отношения толщин штуцера и обечайки B, A = const = 0,35; р = const = 1
- повышение толстостенности цилиндрической обечайки S /Da вызывает понижение коэффициента жесткости П штуцерных зон, которое слабо зависит от величины отношения внутренних диаметров штуцера и обечайки da / Da и kn / s. Для внутренней поверхности штуцера это справедливо только при значениях толстостенности штуце-
504
а
ра я / Б > 0,6. В диапазоне значений я / Б = 0,1^0,6 коэффициент жесткости □ на внутренней поверхности штуцера возрастает.
- результаты, проведенного анализа закономерностей показывают, что зона сварного шва, характеризуемая значениями я / Б = 0,3^0,16 и da / Ба = 0,05, для которых коэффициенты П принимаю наибольшие значения является потенциально опасной с точки зрения образования очага разрушения. Эта опасность возрастает при наличии дополнительных нагрузок на штуцер со стороны трубопровода, что подтверждается практикой. Отметим, что изменение параметра кп / я практически не влияет на коэффициент П зоны соединения.
- в результате при конструировании сосуда с его штуцерами следует, с одной стороны, стремиться ограничивать выбор отношений размерных параметров штуцеров, обеспечивающих относительно малые значения коэффициентов жёсткости П, с другой - при оценке прочности и определении мест возможных разрушений использовать полученные уточнённые коэффициенты концентрации напряжения и коэффициенты жёсткости. Это обеспечит наиболее точную оценку прочности и ресурса сосудов, работающих под давлением, позволит повысить безопасность эксплуатации машиностроительного объекта.
Таблица 1
Наибольшие и наименьшие значения коэффициента жесткости П.___
Зона измерения □ k„ A B C P
Минимальные значения коэффициента жесткости нагружения П Наружная поверхность сварного шва 1,8184 0,9003 0,05 1,6 0,2 1,5
1,8189 0,8989 0,05 1,4
1.8292 0.8767 0,15 1,2
Внутренняя поверхность штуцера 0,4865 0,8851 0,05 0,1 0,5 0,5
0,5008 0,6948 0,05 0,2
0,5132 0,8069 0,15 0,4
Кромка отверстия 0,4834 2.2756 0,15 0,1 0,5 1,5
0,4835 2,2762 1,25
0,4838 2,2775 1
Максимальные значения коэффициента жесткости нагружения П Наружная поверхность сварного шва 2,6809 2,6056 0,15 0,4 0,01 0,5
2,7734 2,0048 0,6
2,8501 2,4501 0,3
Внутренняя поверхность штуцера 2,0125 1,3312 0,05 2,0 0,01 1,50
2,0268 1,3685 1,8 1,25
2,0381 1,3238 2,0 1,25
Кромка отверстия 1,3878 1,4426 0,05 1,8 0,1 1,25
1,4089 1,4362 1
1,4226 1,4097 0,75
Выводы:
1. Получены новые зависимости коэффициентов жесткости напряженного состояния от геометрических параметров штуцерных зон сосудов с цилиндрической обечайкой и база этих коэффициентов для 8400 конструкторских исполнений обечаек, штуцеров и размеров их сварных соединений, обеспечивающих постоянство формы и общность представленных результатов.
2. Описана локализация полей коэффициентов жесткости напряженного состояния от геометрических параметров штуцерных зон, которая может быть использована для анализа возможных зон разрушения.
3. Полученные зависимости и массивы значений коэффициентов жесткости напряженного состояния и купе с коэффициентами концентрации напряжений позволяют в широком диапазоне изменения параметров сосудов и их штуцеров упростить выбор конкретных конструктивных параметров, их расчетное обеспечение и уточнить оценку прочности и ресурса сосудов, в том числе, работающих в условиях малоцикловой усталости и ползучести, соответственно, иметь на начальных этапах проектирования (аванпроект) инструмент обеспечения повышенной безопасности объекта.
4. Разработаны базы данных, основанные на полученных массивах значений коэффициентов жесткости напряженного состояния и коэффициентов концентрации напряжений коэффициентов, которые являются эффективным инструментом уточнённой оценки прочности и ресурса сосудов, работающих под давлением, и повышения промышленной безопасности данных машиностроительных объектов на этапе проектирования. Базы данных могут использоваться самостоятельно или в составе специального программного обеспечения для расчётов и конструирования сосудов, моделирования их напряженно-деформированного состояния.
Список литературы
1. ГОСТ 34347-2017. Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия. М.: Стандар-тинформ, 2018. 116 с.
2. Технический регламент Таможенного союза «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением» (ТР ТС 032/2013). Сер. 20. Вып. 14. М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2015. 76 с.
3. Бадагуев Б.Т. Сосуды, работающие под давлением. Безопасность при эксплуатации. Приказы, акты, журналы. М.: Альфа-Пресс, 2014. 312 с.
4. ГОСТ 34233.1-2017. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования. М.: Стандартинформ, 2018. 35 с.
5. РД 10-249-98. Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды. М.: Закрытое акционерное общество «Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности», 2010. 344 с.
6. ПНАЭ Г-7-002-86. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. М.: Госатомэнергонадзор СССР, 1989. 525 с.
7. Смирнов-Аляев Г.А. Механические основы пластической обработки металлов. Инженерные методы расчета. М.: Изд-во «Машиностроение», 1968. 272 с.
8. Букатый А.С. Расчёты деталей на прочность с учётом жёсткости напряжённого состояния / А. С. Бука-тый, С. А. Букатый // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. -Самара, 1986. - Т. 21, - № 1. - С. 34-41. - DOI: 10.18287/2541-7533-2022-21-1-34-41.
9. Феодосьев, В. И. Сопротивление материалов / В. И. Феодосьев 18-е изд. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2021. - 542 с. - ISBN 5-7038-1453-6.
10. Трифунович, И. З. Оптимизация размеров стального вертикального резервуара / И. З. Трифунович, Л. Ю. Рыбакова // Инженерный вестник Дона. - Ростов-на-Дону, 2020. - № 7. - С. 141-147.
11. Берков, Н. А. Моделирование геометрии пересекающихся цилиндрических оболочек с торовым переходником / Н. А. Берков, А. И. Архангельский, М. В. Архангельская // Системные технологии. - Москва, 2019. - № 30. - С.147-152.
12. Колесников, А. А. Решение задач оптимизации проектных переменных в контексте целевых функций и ограничений для коэффициентов концентрации напряжений в технических сосудах энергетических котлов / А. А. Колесников // Инновационные производственные технологии и ресурсосберегающая энергетика: материалы международной научно-практической конференции (Омск, 8, 9 декабря 2021 г.). - Омск: Омский гос. ун-т путей сообщения, 2021. - С. 109-119.
13. Зенкевич, О. К. Метод конечных элементов/ О. К. Зенкевич, Р. Л. Тейлор - Нью-Йорк: Макгроу-Хилл, 1989. - 648 с.
14. ГОСТ 34233.3-2017. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и наружном давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер. - М.: Стандартинформ, 2019. - 42 с.
15. Осипов, Д. Л. Технологии проектирования баз данных / Д. Л. Осипов - М.: ДМК Пресс, 2019. - 498 с.
16. Колесников, А. А. Разработка базы данных коэффициентов концентрации напряжений в зоне штуцеров толстостенных сосудов и использование ее при диагностике технического состояния и проектировании энергетических установок [Текст] / А. А. Колесников, М. П. Курепин, М. Ю. Сербиновский // Диагностирование и прогнозирование технического состояния оборудования электростанций: Сб. докл. - М.: ОАО «ВТИ» 2021. - С. 6-12.
17. Свидетельство о гос. регистрации базы данных для ЭВМ 2019621757 Россия. База данных коэффициентов концентрации напряжений отверстий обечаек цилиндрических сосудов EDGE / Колесников А.А., Курепин М.П., Сербиновский М.Ю. - Заявл. 27.09.2019; Заявка № 2019621640, Зарег. 11.10.2019.
Колесников Андрей Александрович, аспирант, [email protected], Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения,
Сербиновский Михаил Юрьевич, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения
RESEARCH OF STRESS CONCENTRATION COEFFICIENTS AND STIFFNESS COEFFICIENTS OF FITTING ZONES AS A TOOL FOR INCREASING THE SAFETY OF HIGH-PRESSURE VESSELS
A.A. Kolesnikov, M.Y. Serbinovsky
The results of the study of the stress-strain state of the zones of welded joints of fittings with cylindrical shells of high-pressure vessels, the most dangerous from the point of view of destruction, are presented, the influence of design parameters on the strength of vessels is established. The dependences of stress concentration coefficients and stiffness coefficients of welded fitting-shell joints are obtained based on the results of modeling the stress-strain state of the fitting zones for 8400 design configurations in a wide range of changes in design dimensionless geometric parameters. The localization of the maximum equivalent stresses in the area of the fittings has been clarified. The dependences of the influence of geometric dimensions on the stiffness coefficients of the weld, the inner surface of the fitting and the edge of the hole in the shell are presented, which make it possible to clarify the assessment of the strength and service life of high-pressure vessels at the initial design stage and during verification calculations. The research is supported by the development of appropriate software that allows automated variant modeling of the stress-strain state to ensure the required safety at high operational characteristics of objects.
Key words: industrial safety, technical vessels, stiffness factor, stress concentration factor, finite element method, fitting, vessel shell, geometrical parameters.
Andrey Alexandrovich Kolesnikov, postgraduate, a@gnu. myftp. org, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State University of Railway Engineering,
Mikhail Yurievich Serbinovsky, doctor of technical sciences, professor, serb-m@mail. ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State University of Railway Engineering
