ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКИ НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ

Для оценки влияния ветровой нагрузки на напряженно-деформированное состояние (НДС) ректификационной колонны, имеющей отклонение верхней части около 0,5 м (далее колонна), был выполнен расчет методом конечных элементов при различных направлениях ветра.

Колонна представляет собой вертикальный стальной сварной аппарат, состоящий из цилиндрического корпуса, сваренного из 29-ти обечаек, 2-х эллиптических днищ и технологических патрубков. Колонна оборудована 174-мя четырехпоточными ситчатыми тарелками. Общая высота колонны с опорой составляет 82520 мм.

Была построена конечно-элементная модель колонны путем импортирования поверхностной модели, созданной в системе трехмерного твердотельного и поверхностного проектирования Autodesk Inventor LT, в универсальную программную систему конечно-элементного анализа ANSYS.

Расчетная модель была получена приложением нагрузок в соответствии с ГОСТ Р 51274–99, значения которых предварительно были определены в системе автоматизации математических расчетов Mathcad (табл. 1).

 

Таблица 1. Пример

Ветровая нагрузка
определенная в Mathcad смоделированная в ANSYS
Ветровая нагрузка, определенная в Mathcad Ветровая нагрузка, смоделированная в ANSYS

 

Для определения наиболее нагруженных зон при воздействии расчетных нагрузок была произведена серия расчетов (табл. 2) с постадийным увеличением ветровой нагрузки при 4-х направлениях.

Таблица 2. Сочетание нагрузок

№№ стадий  Собственный вес конструкции Температурное воздействие  Внутреннее давление, МПа  Ветровое давление w 
значение, Па направление 
1    расчетное значение 0 -
2 480
(расчетное значение)
+OX
-OX
+OZ
-OZ
3 960 +OX
-OX
+OZ
-OZ
4 1440 +OX
-OX
+OZ
-OZ

 

Карта распределения эквивалентных напряжений (SINT) при нулевом значении ветрового давления (стадия №1) представлена на рис. 1.

По результатам расчетов были определены 3 наиболее нагруженные зоны и проанализировано их НДС:
- зона нижняя (опорная и 1ая обечайка, нижнее эллиптическое днище);
- зона максимальных напряжений (2 нижних люк-лаза);
- зона верхняя (верхнее эллиптическое днище).

В качестве примера рассмотрим распределение сжимающих напряжений (S3) в нижней зоне при различном направлении ветра и определим места с максимальными напряжениями сжатия (табл. 3).

  
Карты распределения интенсивности напряжений
 Рис. 1. Карты распределения SINT (масштабный коэффициент 25), [Па]
05-opredeleniye-vliyaniya-vetra-na-kolonnu-03.02- наиболее нагруженные зоны

 

Таблица 3. Карты распределения S3, [Па]

  № стадии 
2
Направление
ветровой
нарузки
+OX Карта распределения сжимающих напряжений в колонне Карта распределения сжимающих напряжений в колонне Карта распределения сжимающих напряжений в колонне 05-opredeleniye-vliyaniya-vetra-na-kolonnu-04.13


-OX Карта распределения сжимающих напряжений в колонне 05 opredeleniye vliyaniya vetra na kolonnu 04.05Карта распределения сжимающих напряжений в колонне Карта распределения сжимающих напряжений в колонне
+OZ Карта распределения сжимающих напряжений в колонне Карта распределения сжимающих напряжений в колонне 05 opredeleniye vliyaniya vetra na kolonnu 04.09Карта распределения сжимающих напряжений в колонне
-OZ Карта распределения сжимающих напряжений в колонне 05 opredeleniye vliyaniya vetra na kolonnu 04.11Карта распределения сжимающих напряжений в колонне Карта распределения сжимающих напряжений в колонне
  05-opredeleniye-vliyaniya-vetra-na-kolonnu-04.14    
 05-opredeleniye-vliyaniya-vetra-na-kolonnu-04.15 - место с максимальными S3  

 

Для определения зависимости изменения сжимающих напряжений от нагрузки в выбранных местах были построены графики (табл. 4).

 

Таблица 4. Графики зависимости

    Зависимость сжимающих напряжений от нагрузки, [- / Па]
Направление
ветровой
нарузки
+OX Зависимость сжимающих напряжений от нагрузки
-OX Зависимость сжимающих напряжений от нагрузки
+OZ Зависимость сжимающих напряжений от нагрузки
-OZ Зависимость сжимающих напряжений от нагрузки

 

По графикам были определены S3 при расчетных нагрузках (диаг. 1).

 

Значения сжимающих напряжений при расчетных нагрузках 
 Диаг. 1. Значения S3 при расчетных нагрузках

 

Максимальное значение составляет 70 МПа. Необходимые условия прочности и устойчивости выполняются: S3 = 70 МПа < [S3] = 140 МПа.

Коэффициент запаса по допускаемым напряжениям при расчетных нагрузках равен 2.

 

Выводы:

1) Начальное отклонение колонны оказывает несущественное влияние на НДС.

2) Максимальное напряжение сжатия возникает при направлении ветра +OZ.

3) На распределение напряжений в нижней зоне существенное влияние оказывает расположение подводящих трубопроводов.

 

скачать "ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКИ НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ"

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить