РАСЧЕТЫ МЕХАНИКИ И ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ


Расчет сейсмостойкости клиновой задвижки. АО «Усть-Каменогорский арматурный завод» (УКАЗ), г. Усть-Каменогорск, Республика Казахстан

     По заказу АО « УКАЗ» специалисты компании НТЦ АПМ выполнили расчет сейсмостойкости клиновой задвижки с выдвижным шпинделем DN 1000 PN 2,5 МПа УК 13002 с учетом требований ГОСТ 30546.1 в двух вариантах: задвижка с патрубками под приварку и задвижка с патрубками под ответный фланец. В качестве исходных данных были представлены трехмерные твердотельные модели задвижки, созданные специалистами заказчика с помощью программного продукта КОМПАС 3D. Эти модели представляют собой сборочные единицы, в состав которых входят детали и подсборки. Расчет производился с помощью комплекса APM StructFEM Prof., входящего в состав CAD/CAE Системы автоматизированного расчета и проектирования механического оборудования и конструкций APM WinMachine. Расчетные модели формировались следующим образом: исходные модели были сохранены с помощью универсального обменного формата STEP 203 и переданы в модуль APM Studio; затем автоматически проходит построение сетки конечных элементов и передача в модуль APM Structure3D для последующего прочностного анализа. При первичном расчете модель задвижки не прошла проверку на прочность, поэтому пришлось вносить изменения. Оценив результаты расчета, специалисты заказчика совместно с НТЦ АПМ приняли решение установить на конструкцию дополнительные ребра жесткости. Первичная и исправленная модели (для примера рассматриваем вариант модель задвижки с патрубками под приварку), переданные заказчиком, изображены ниже.

Модель задвижки с патрубками под приварку

Первичная конечно-элементная модель задвижки

Модифицированная модель задвижки

Модифицированная конечно-элементная модель задвижки

 

     Для расчета собственных частот была создана отдельная модель, из которой исключен корпус. Это полностью оправдано, так как корпус обладает существенно более высокой жесткостью, чем стойки и крышки. Следовательно, появление первых собственных частот нужно ожидать именно на связке стойка-крышка.

Первичная конечно-элементная объединенная модель стойки и крышки для определения собственных частот

Модифицированная конечно-элементная объединенная модель стойки и крышки

 

     При расчете на собственные частоты учет наличия привода был смоделирован путем задания сосредоточенной массы в центре тяжести привода. В результате определены первые пять собственных частот, причем наибольший интерес представляет первая собственная форма колебаний, так как это значение в явном виде необходимо для выбора величин ускорений, характеризующих сейсмическое воздействие на клиновую задвижку.

 

Первая собственная форма первичной расчетной модели объединенных в единое целое стойки и крышки

Первая собственная форма модифицированной расчетной модели

 При анализе на прочность учет сейсмического воздействия выполняется путем задания двух линейных ускорений: одно в горизонтальном направлении, а второе – в вертикальном (ГОСТ 30546.1-98, п.4.2). Учет собственного веса реализован за счет ввода множителя собственного веса в одном из загружений. Результаты расчета на прочность приведены ниже.

Карта распределения эквивалентных напряжений с ограничением шкалы в 235 МПа для первичной модели

 

     Во всех зонах, отображенных на карте распределения эквивалентных напряжений малиновым цветом, возникают неупругие деформации - в них происходит превышение допускаемого напряжения (допускаемые напряжения по текучести для стали 09Г2С КП245 составляют 245 МПа при температуре +80°С). Следовательно, условие прочности в данном случае не выполнено. Для того чтобы устранить возникновение неупругих деформаций в проблемных зонах, специалистами заказчика совместно с НТЦ АПМ было принято решение установить на конструкцию дополнительные ребра жесткости. Результаты расчета модифицированной модели приведены ниже.

Карта распределения эквивалентных напряжений с ограничением шкалы в 235 МПа для модифицированной модели

 

Значение максимального действующего напряжения составляет 339 МПа. Однако это максимальное напряжение локализовано в малом объеме на ребрах. Несмотря на то, что его величина превышает допускаемое значение, при статическом расчете условие статической прочности, с нашей точки зрения, можно считать удовлетворительным для стали 09Г2С; наличие концентратора напряжений оказывает влияние на усталостную прочность. Исходя из этого, можно рекомендовать изготавливать ребра из стали 09Г2С, в то время как корпусная деталь может быть изготовлена из стали 20.

 

Карта распределения суммарных линейных перемещений первоначальной модели

 

Карта распределения суммарных линейных перемещений модифицированной модели

 

     Кроме того, была произведена оценка работоспособности модели: определены реакции в местах контакта шпинделя с корпусными деталями за счет землетрясения интенсивностью 10 баллов. Сравнивая полученное значение с минимальным усилием вдоль шпинделя, можно сделать вывод о том, что условие работоспособности задвижки при землетрясении выполнено. Более того, видно, что землетрясение слабо влияет на работу задвижки.

© ООО НТЦ "АПМ" 2018. Все права защищены
Создание сайтов
Студия дизайна «Веб-Арена»