ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ, начальный этап проектирования конструкции, на котором определяются действующие на нее силы.

Соотношение между расчетом и проектированием.

Главная задача здесь - подобрать наиболее подходящие материалы и размеры для элементов конструкции так, чтобы последние надежно выдерживали те нагрузки, которые будут действовать на них во время работы конструкции. Здание или мост собирается из таких основных элементов конструкции, как балки и сжатые или растянутые стержни. Чтобы можно было рассчитать элементы, из которых будет состоять мост, инженер должен сначала определить нагрузки и оценить различные связанные с ними эффекты. Например, чтобы рассчитать стальную балку, нужно сначала определить нагрузки и реакции, действующие силы и моменты и точки их приложения. Если проектируется ферма (состоящая из сжатых и растянутых стержней), то нужно определить нагружение каждого стержня. На этом этапе проектирования, называемом предварительным прочностным расчетом, балка и ферма существуют лишь в виде линейных (одномерных) диаграмм.

На следующем этапе определяются пропорции и выбираются размеры. При этом, однако, проектировщик не анализирует распределение напряжений и деформаций внутри элементов конструкции. Максимально допустимые напряжения для каждого материала, например среднеуглеродистой стали, предписываются соответствующими нормативами. Руководствуясь ими, проектировщик рассчитывает элементы конструкции так, чтобы эти максимально допустимые напряжения не были превышены в наиболее нагруженных сечениях.

Основные факторы прочностного расчета.

Равновесие сил.

Важнейшую роль в прочностном расчете конструкции играет закон равновесия сил. Инженер-прочнист занимается в основном проектированием конструкций, выдерживающих действие различных эксплуатационных нагрузок. Хотя силы и моменты могут создаваться не только статическими нагрузками, сама конструкция должна оставаться устойчивой. Следовательно, для элемента конструкции, лежащего в определенной плоскости и нагруженного в этой плоскости, силы должны уравновешиваться. Это выражается представленными ниже уравнениями для системы несходящихся (не пересекающихся в одной точке) сил, лежащих в одной плоскости:

Эти уравнения означают, что должны быть уравновешены: 1) сумма горизонтальных составляющих сил, 2) сумма вертикальных составляющих сил и 3) сумма моментов сил относительно любой точки в данной плоскости. Если конструкция статически определима, то уравнений (1)-(3) достаточно для анализа эффектов, связанных с данной системой сил.

Если же число неизвестных сил или факторов больше трех, то такая система является статически неопределимой. Она может быть статически неопределимой относительно внешних нагрузок и реакций, как, например, неразрезная балка с двумя пролетами, или внутренне статически неопределимой, как, скажем, ферма с избыточными диагональными стержнями.

Статические и динамические нагрузки.

Нагрузки, действующие на элементы конструкции, делятся на статические (или постоянные) и динамические (или временные). Статические нагрузки действуют в данном положении постоянно. Их часто называют гравитационными, поскольку они направлены по вертикали. К статическим нагрузкам относится вес настила моста, здания, механического оборудования, закрепленного на определенном месте. Динамические же нагрузки могут возникать, исчезать и изменять место своего приложения. Динамические нагрузки создают люди в зданиях, грузовые автомобили на мосту, станки в цеху, гидротурбина в машинном зале ГЭС. Такие более или менее упорядоченные динамические нагрузки нетрудно определить, но есть и другие динамические нагрузки, которые невозможно достоверно оценить заранее, например, обусловленные ветром, ударами, температурными колебаниями и землетрясениями. В этих случаях используются специальные методы прочностного расчета и коэффициенты запаса. См. также

Кафедра «Механика материалов и конструкций»

Расчеты на прочность при сложном сопротивлении

Методические указания к выполнению курсовых работ по курсу «Сопротивление материалов»

Составители: С. П. Евстратова

Д.В. Васильев

В.В. Логвиненко

Светлана Павловна Евстратова, к.т.н. доцент

Дмитрий Владимирович Васильев, к.т.н. доцент

Валерий Васильевич Логвиненко, к.т.н. доцент

Расчеты на прочность при сложном сопротивлении

Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Сопротивление материалов»

Оригинал-макет подготовлен:

Ероховым Николаем Сергеевичем

Редактор М.А.Соколова

Подписано в печать 29.05.01.

Обьем 2,75 п.л.

Тираж 75 экз. Заказ 265

109240, Москва, Берниковская наб., 14.

ИТЦ МАТИ-РГТУ

Введение

Под сложным сопротивлением подразумевают различные комбинации простейших деформаций бруса - растяжения или сжатия, сдвига, кручения и изгиба. При этом, на основании принципа независимости действия сил (ПНДС), напряжения и деформации в стержне при сложном сопротивлении определяют суммированием напряжений или деформаций, вызванных каждым внутренним силовым фактором в отдельности. Напомним, что этот принцип применим в тех случаях, когда имеют место только упругие деформации, а материал подчиняется закону Гука.

Рассмотрение вопросов, связанных с расчетом на прочность и жесткость элементов, работающих в условиях сложного сопротивления, начнем с частных случаев.

2. Косой изгиб

Изгиб, при котором внешние нагрузки действуют в плоскости, не совпадающей ни с одной из главных плоскостей инерции, называется косым изгибом (рис.2.1). Главной плоскостью инерции называется такая плоскость, которая включает в себя ось балки () и одну из главных центральных осей инерции поперечного сечения (или). Плоскость, в которой располагаются внешние нагрузки, называется силовой плоскостью.

2.1. Определение напряжений при косом изгибе

Рассмотрим консольную балку, нагруженную сосредоточенной силой как показано на рис.2.2.

Рис. 2.1

Находим проекции силы на главные центральные оси инерциии(рис.2.2):

и

.

Каждая из проекций располагается в одной из главных центральных плоскостей инерции и, таким образом, косой изгиб является сочетанием двух плоских поперечных изгибов и часто называется двойным.

Рис. 2.2

В произвольном сечении на расстоянии от точки приложения си­лы имеют место четыре внутренних силовых фактора:

поперечные силы:

,

;

и изгибающие моменты: ,

Определим напряжения, возникающие в произвольной точке

рассматриваемого сечения (рис.2.2):

от изгибающего момента

,

от изгибающего момента

,

здесь и- координаты точки, в которой рассчитывают напряжения.

Знак напряжения зависит от характера деформации (растяжение-плюс, сжатие-минус). В нашем случае оба напряжения являются растягивающими и имеют знак плюс.

На основании ПНДС полное нормальное напряжение в точке

равно их алгебраической сумме:

. (2.1)

При проведении расчетов на прочность условие прочности составля­ется для опасной точки поперечного сечения, т.е. для точки, в которой нормальные напряжения достигают максимальных значений. Самой нагруженной точкой в сечении произвольной формы является точка, наиболее удаленная от нейтральной линии, разделяющей растянутую и сжатую зоны сечения.

В связи с этим, большое значение приобретают вопросы, связанные с определением положения нейтральной линии.

2.2. Определение положения нейтральной линии при косом изгибе

Положение нейтральной линии можно определить с помощью формулы (2.1), если предположить, что точка

с координатами

лежит на нейтральной линии. В этом случае нормальное напряжение в точке равно нулю

,

. (2.2)

Уравнение нейтральной линии при косом изгибе (2.2) есть уравнение прямой, проходящей через начало координат.

Положение нейтральной линии определяется тангенсом угла ее наклона (рис.2.3) к главной оси. С учетом (2.2) находим

,

,

. (2.3)

Так как в общем случае

и, следовательно,

, то можно заключить, что при косом изгибе нейтральная линия не перпендикулярна к линии действия внешней силы.

Из формулы (2.3) следует, что для сечений с

(квадрат, круг, кольцо, правильный многоугольник), т.е. для сечений, у которых любые центральные оси являются главными, углыиравны, и нейтральная линия перпендикулярна линии действия внешней силы. Балки такого сечения не испытывают деформации косого изгиба.

Определение положения нейтральной линии позволяет выявить опасные точки сечения. Для этого следует построить касательные к контуру сечения, параллельные нейтральной линии. Точки касания и будут являться опасными (точки ина рис.2.3).

Рис. 2.3

Для некоторых сечений (прямоугольник, двутавр, швеллер и т.п.) наиболее напряженные точки расположены в углах этих сечений, т.е. их можно найти без определения положения нейтральной линии (рис.2.4).

Рис. 2.4

Условия прочности составляют в зависимости от свойств того материала, из которого изготовлен элемент конструкции (брус).

Для хрупкого материала используют два условия прочности - для опасной точки, где имеет место растяжение (для нашего случая т. на рис.2.3), и для точки, где имеет место сжатие (т.)

(2.4)

Необходимость использования двух условий прочности для хрупкого материала объясняется разными механическими свойствами материала при растяжении и сжатии. Хрупкий материал плохо сопротивляется растяжению и хорошо - сжатию.

Для пластичного материала, который одинаково сопротивляется и растяжению и сжатию, используют одно условие прочности для точки поперечного сечения, где имеют место максимальные по абсолютной величине нормальные напряжения

(2.5)

где и- координаты данной точки.

При расчетах на прочность касательными напряжениями от поперечных сил пренебрегают, т.к. их влияние незначительно.

2.3. Определение перемещений при косом изгибе

Перемещения при косом изгибе определяют по принципу независимости действия сил, т.е. рассчитывают прогибы ив направлении главных осей, а величину полного прогиба в любом сечении балки получают геометрическим суммированием:

.

Например, для балки, изображенной на рис.2.2, прогиб конца консо­ли определится следующим образом:

,

,

.

Рис. 2.5

Направление полного перемещения (

) определится величиной отношения

(рис.2.5)

. (2.6)

Сравнивая выражения (2.6) и (2.3), видим, что

, т.е. направление полного прогиба при косом изгибе перпендикулярно нейтральной линии и не совпадает с направлением внешней силы (рис.2.5.).

Рассмотрим примеры расчета балок на косой изгиб.

ПРИМЕР 2.1. Подобрать прямоугольное сечение балки (рис.2.6) при условии, что

,

=160 МПа,.=60 кН,=30, =2.8 м.

Рис. 2.6

Решение: Разложив силу на две составляющие, действующие по нап­равлению главных осей поперечного сечения балки, определяем опорные реакции и строим эпюры изгибающих моментов

и

(рис.2.7). Наибольшие моменты действуют в среднем сечении, где

,

,

следовательно, это сечение является опасным.

Рис. 2.7

Для определения положения опасной точки расставим знаки от

и

в угловых точках поперечного сечения балки (рис.2.7).При действии момента

в точкахи

будут иметь место положительные (растя­гивающие) напряжения, а в точкахи- отрицательные (сжимающие) напряжения. При действии момента

в точкахибудут иметь место положительные

, а в точкахи

- отрицательные. Точки поперечного сеченияи, в которых действуют нормальные напряжения одного знака, являются опасными; для них и должны составляться условия прочности.

Судя по условию задачи, материал, из которого изготовлена балка, является пластичным (

=160 МПа) и, следовательно, одинаково сопротивляется деформации растяжения и деформации сжатия. Таким образом, точкииявляются равноопасными, и для них используется одно условие прочности (2.5)

.

Вычислим моменты сопротивления сечения при заданном соотношении высоты и ширины

,

.

Подставляя в условие прочности выражения для изгибающих моментов и моментов сопротивления, получим:

тогда

=18,04 см.

ПРИМЕР 2.2. При установке на опоры двутавровой балки (№ 60: =182см 3 , =2560см 3),предназначенной для работы на изгиб в верти­кальной плоскости, совпадающей с плоскостью стенки, была допущена ошибка и стенка двутавра отклонилась от вертикали на угол  = 1 о. Определить связанное с этим увеличение наибольших нормальных напряжений.

Рис. 2.8

Решение: Отклонение оси двутавра (ось ) от вертикали привело к возникновению косого изгиба (рис.2.8) и появлению изгибающих моментов

и

Максимальные напряжения при косом изгибе

,

так как

, то

.

В случае правильной установки балки, сила совпадала бы с вертикальной осью балки, и имел бы место прямой изгиб, изгибающий момент был бы равен

(см.рис.2.8), а напряжения

.

Таким образом, максимальные напряжения при косом изгибе за счет такого незначительного отклонения от вертикали возрастут на 24,6 %.

3. Внецентренное растяжение (сжатие)

Вид деформации, при котором точка приложения продольной силы не совпадает с центром тяжести сечения, называется внецентренным растяже­нием или сжатием (рис.3.1). Здесь ,- координаты точки приложения силыв системе главных центральных осей инерциии.

Рис. 3.1

3.1. Определение напряжений при внецентренном растяжении (сжатии)

Для определения внутренних усилий, в поперечных сечениях бруса при внецентренном растяжении (сжатии) заменим заданную систему сил на статически эквивалентную систему других сил. На основании принципа Сен-Венана такая замена не вызовет изменений в условиях нагружения и деформации частей бруса, достаточно удаленных от места приложения сил.

Сначала перенесем точку приложения силы на осьи приложим в этой точке силу, равную силена оси, к ее действию необходимо добавить действие пары сил, отмеченных двумя чертами, или момент

. Далее перенесем силув центр тяжести сечения и в этой точке приложим силу, равную силе, но противоположно направленную (рис.3.2). Чтобы оставить силув центре тяжести, к ее действию необходимо добавить еще одну пару сил, отмеченных крестиками, или момент

.

Рис. 3.2

Таким образом, действие силы , приложенной к сечению внецентренно, эквивалентно совместному действию центрально приложенной силыи двух внешних сосредоточенных моментов

и

.

Пользуясь методом сечений, нетрудно установить, что во всех попе­речных сечениях внецентренно растянутого (сжатого) бруса действуют следующие внутренние силовые факторы: продольная сила

и два изги­бающих момента

и

(рис.3.3).

Рис. 3.3

Напряжения в поперечных сечениях бруса определим, используя прин­цип независимости действия сил. От всех внутренних силовых факторов в поперечных сечениях возникают нормальные напряжения. Знаки напряжений устанавливают по характеру деформаций: плюс - растяжение, минус - сжатие. Расставим знаки напряжений от каждого из внутренних силовых факторов в точках ,,,

пересечения осейис контуром поперечного сечения (рис.3.3). От продольной силы

во всех точках сечения

оди­наковы и положительны; от момента

в точке

напряжения - плюс, в точке- минус, в точкахи

, т.к. осьявляется в этом случае нейтральной линией; от момента

в точкенапряжения - плюс, в точке- минус, в точкахи



, т.к. осьв этом случае является нейтральной линией.

Полное напряжение в точке

с координатамии, будет равно:

(3.1)

Самой нагруженной точкой в сечении произвольной формы является точка, наиболее удаленная от нейтральной линии. В связи с этим, большое значение приобретают вопросы, связанные с определением положения нейтральной линии.

3.2. Определение положения нейтральной линии

Положение нейтральной линии можно определить с помощью формулы (3.1), приравняв нормальные напряжения нулю

здесь и- координаты точки, лежащей на нейтральной линии.

Последнее выражение можно преобразовать, используя формулы для радиусов инерции:

и

. Тогда

,

. (3.2)

Из уравнения (3.2) видно, что нейтральная линия при внецентренном растяжении (сжатии) - это прямая, не проходящая через начало координат (центр тяжести поперечного сечения).

Проведем эту прямую через две точки, лежащие на координатных осях (рис. 3.4). Пусть точка 1 лежит на оси

и

, а точка 2 – на оси, тогда ее координатами будет

и

(на основании уравнения (3.2)).

Если координаты

точки приложения силы (полюса) положительны, то координаты точек 1 и 2 отрицательны, и наоборот. Таким образом, полюс и нейтральная линия располагаются по разные стороны от начала координат.

Определения положения нейтральной линии позволяет выявить опасные точки сечения, т.е. точки, в которых нормальные напряжения принимают наибольшие значения. Для этого следует построить касательные к контуру сечения, параллельные нейтральной линии. Точки касания ибудут являться опасными (рис. 3.4).

Рис. 3.4

Условия прочности для опасных точек составляют в зависимости от свойств того материала, из которого изготовлен брус. Так как хрупкий материал обладает различными свойствами в условиях растяжения и сжатия – плохо сопротивляется растяжению и хорошо сжатию, условия прочности составляют для двух точек: где действуют максимальные растягивающие (т. ) и максимальные сжимающие (т.) напряжения (рис. 3.4)

(3.3)

Для пластичного материала, который одинаково сопротивляется и растяжению и сжатию, составляют одно условие прочности для точки поперечного сечения, где имеют место максимальные по абсолютной величине нормальные напряжения. В нашем случае такой точкой является точка, в которой действуют напряжения одного знака

. (3.4)

3.3 Понятие о ядре сечения

При построении нейтральной линии (рис. 3.4) определялись координаты точек 1 и 2, через которые она и проводилась

т. 1:

;

,

т. 2:

;

.

Координаты точек, лежащих на нейтральной линии, зависят от положения точки приложения силы (полюса) с координатами

. Если координаты полюса уменьшаются, т.е. полюс приближается к центру тяжести сечения, то

увеличиваются, т.е. нейтральная линия может выйти за пределы сечения или касаться контура сечения. В этом случае в сечении будут иметь место напряжения одного знака.

Область приложения продольных сил, которые в этом случае вызывают в поперечном сечении напряжения одного знака, называется ядром сечения .

Вопрос определения ядра сечения является наиболее актуальным для элементов конструкций из хрупкого материала, работающих на внецентренное сжатие, с целью получения в поперечном сечении только сжимающих напряжений, т.к. хрупкий материал плохо сопротивляется деформации растяжения. Для этого необходимо задаться рядом положений нейтральной линии, проводя ее через граничные точки контура, и вычислить координаты соответствующих точек приложения силы, по формулам, вытекающим из (3.5).

Геометрическое место рассчитанных таким образом точек и определит контур ядра сечения. На рис. 3.6 показаны примеры ядра сечения для распространенных форм.

Рис. 3.5

Рассмотрим пример расчетов на внецентренное растяжение-сжатие.

Пример 3.1. Стальная полоса шириной

=10 см и толщиной=1 см, центрально растянутая силами=70 кН, имеет прорезь шириной=3 см (рис. 3.6). Определить наибольшие нормальные напряжения в сечении

, не учитывая концентрации напряжений. Какой ширинымогла бы быть прорезь при той же величине растягивающего усилия, если бы она была расположена посередине ширины полосы?

Рис. 3.6

Решение. При несимметричной прорези центр тяжести ослабленного сечения смещается от линии действия силы вправо и возникает внецентренное растяжение. Для определения положения центра тяжести () ослабленное сечение представим как большой прямоугольник размерами

(фигураI) из которого удален малый прямоугольник с размерами

(фигураII). За исходную ось примем ось .

.

В этом случае в поперечном сечении

возникает два внутренних силовых фактора: продольная сила

и изгибающий момент

.

С целью определения опасной точки расставим знаки напряжений по боковым сторонам поперечного сечения (рис. 3.6). От продольной силы во всех точках сечения имеют место положительные (растягивающие) напряжения. От изгибающего момента слева от оси имеют место растягивающие напряжения (знак плюс), справа – сжимающие (знак минус).

Таким образом, максимальные нормальные напряжения возникают в т.

,

где - площадь ослабленного сечения, равная

=7 см 2 ;

- момент инерции ослабленного сечения относительно главной центральной оси

- расстояние от нейтральной линии () до наиболее удаленной точки (т.)

В результате максимальные нормальные напряжения будут равны

При симметричной прорези шириной возникает только растяжение

,

4. Совместное действие изгиба и кручения

На практике деформации кручения часто сопутствует изгиб. Например совместное действие изгиба с кручением приходится учитывать при расче­те валов машин, испытывающих воздействие окружных и радиальных усилий. Сочетание изгиба с кручением имеет место в пространственных рамах, коленчатых валах и других элементах конструкций.

В предыдущих разделах рассматривались такие частные случаи слож­ного сопротивления (косой изгиб, внецентренное растяжение или сжатие), при которых в поперечных сечениях бруса возникали только нормальные напряжения, и, следовательно, имело место одноосное напряженное состо­яние. Это позволило при выводе расчетных формул использовать сечения произвольной формы.

В случае изгиба с кручением от крутящего момента в поперечных сечениях бруса возникают касательные напряжения, которые рассчитываются по разному для круглых и прямоугольных брусьев. В следствие этого, рассматривать расчет сечений произвольной формы не представляется возможным.

4.1 Расчет брусьев круглого поперечного сечения

Пусть в поперечном сечении круглого бруса (рис. 4.1) действуют два изгибающих момента

и

, которые могут быть приведены к одному суммарному моменту

, т.к. все центральные оси круга являются главными

. (4.1)

Максимального значения нормальные напряжения от

достигают в т.(положительные

), или в т.(отрицательные

). Знаки напряжений устанавливают по характеру деформаций.

Кроме того, в поперечном сечении бруса имеет место крутящий момент (

) (рис. 4.1). Максимального значения касательные напряжения от

достигают в точках на контуре сечения. Следовательно, т.(или т.) является опасной, для которой и составляется условие прочности.

Рис. 4.1

В т. имеют место напряжения

(4.2)

причем осевой

и полярныймоменты сопротивления для круглого сечения рассчитываются по формулам

(4.3)

Проанализируем напряжения в т. . С этой целью вырежем в окрестностях этой точки элементарный параллелепипед, передняя грань которого совпадает с поперечным сечением бруса (рис. 4.2).

Рис. 4.2

Как видно из рис. 4.2, в данном случае имеет место плоское напряженное состояние и расчет на прочность должен вестись по одной из гипотез прочности. Для пластичных материалов применяют гипотезу наибольших касательных напряжений (III) или энергетическую гипотезу (IV).

Условие прочности по III гипотезе записывается в виде

. (4.4)

В рассматриваемом случае

,

, (4.5)

где

- эквивалентный момент по третьей гипотезе прочности.

Условие прочности по IV гипотезе прочности записывается в виде

. (4.6)

В рассматриваемом случае

,

, (4.7)

где - эквивалентный момент по четвертой гипотезе прочности.

Аналогичный расчет проводится и для кольцевого сечения.

Пример 4.1. Стальной вал круглого поперечного сечения передает мощность

=14.7 кВт при угловой скорости

=10.5 рад/с. Величина наибольшего изгибающего момента, действующего на вал

=1.5 кНм. Исходя из условий прочности поIII и IV теориям прочности, определить необходимый диаметр вала, если

=80 МПа.

Решение. Условие прочности при одновременном действии изгиба и кручения по III гипотезе прочности

.

Находим величину передаваемого валом крутящего момента

.

Эквивалентный момент по третьей гипотезе прочности равен

а диаметр вала

,

или

=63.5 мм.

Условие прочности при одновременном действии изгиба и кручения по IV гипотезе прочности

.

Эквивалентный момент по четвертой гипотезе прочности равен

а диаметр вала

,

или

=62.3 мм.

Таким образом, расчет по энергетической теории прочности дал более экономичный размер сечения, чем по критерию наибольших касательных напряжений.

4.3 Расчет брусьев прямоугольного сечения

Рассмотрим брус прямоугольного сечения, нагруженный таким образом, что в его поперечных сечениях действуют изгибающие моменты

и

, а также крутящий момент

(рис. 4.3).

Рис. 4.3

Чтобы проверить прочность бруса, нужно в опасном сечении найти опасную точку, вычислить для нее эквивалентное напряжение (по одной из теорий прочности) и сопоставить его с допускаемым напряжением.

Для нахождения опасной точки сечения построим эпюры напряжений от всех силовых факторов (рис. 4.4).

Рис. 4.4

Эпюры нормальных и касательных напряжений наглядно показывают, что, в отличие от круглого сечения, точки, в которых имеют место максимальные нормальные и максимальные касательные напряжения, не совпадают. В следствие этого, условие прочности составляют, как минимум для трех наиболее опасных точек поперечного сечения.

Опасной точкой по нормальным напряжениям является точка , в которой

от

и

от

положительны, или точка, в которой

от

и

от

также одного знака, но отрицательны. Касательные напряжения от крутящего момента в этих точках равны нулю. Таким образом, в этих точках имеет место линейное напряженное состояние.

Опасной точкой по касательным напряжениям является точка

(или), лежащая в середине длинной стороны прямоугольника. Кроме того, в этой точке действуют максимальные нормальные напряжения от изгибающего момента

.

Следует отметить, что в точке

(или

), расположенной в середине короткой стороны также действуют касательные напряжения (несколько меньшие

) и максимальные нормальные напряжения от

.

Таким образом, в точках поперечного сечения

,

(,

) имеет место плоское напряженное состояние, которое обуславливает использование гипотез прочности при расчетах на прочность. Для пластичных материалов применяютIII (наибольших касательных напряжений) и IV (энергетическую) гипотезы прочности.

Составим условия прочности для трех предположительно опасных точек поперечного сечения

т. :

;

.

т.

:

;

,.

т.

:

;

,.

Расчетная формула по четвертой гипотезе прочности

.

Для хрупких материалов может быть использована гипотеза прочности Мора, которая для пластичных материалов приводится к третьей гипотезе, а для очень хрупких – к первой гипотезе

Пример 4.2 . Коленчатый стальной стержень прямоугольного поперечного сечения защемлен одним концом и нагружен поперечной силой =0.9 кН на свободном конце. Определить в точкахизащемленного сечения расчетные напряжения по третьей теории прочности (рис. 4.5).

Рис. 4.5

Решение: Построим эпюру моментов с целью определения величин внутренних силовых факторов, действующих в поперечном сечении стержня в заделке (рис. 4.6).

Рис. 4.6

В результате действия силы в защемленном сечении будут действовать изгибающий и крутящий моменты.

Эквивалентные напряжения по третьей теории прочности рассчитываются по формуле

.

Для точки :

,

здесь

,

,

.

Для точки :,

здесь

,

,

.

5. Общий случай сложного сопротивления

Приемы определения напряжений и деформаций, которые использовались при решении частных задач сложного сопротивления (косой изгиб, внецентренное растяжение-сжатие, изгиб с кручением) могут быть распространены на более сложные случаи нагружения, когда в поперечных сечениях бруса действуют все шесть силовых факторов.

В качестве примера рассмотрим расчет ломанного бруса, показанного на рис. 5.1.

Пример 5.1 . Для заданного ломанного бруса (рис. 5.1), имеющего круглые поперечные сечения в пределах элементов длиной и, прямоугольное сечение в пределах элемента длиной, требуется выполнить следующие расчеты:

Рис. 5.1

1. Построить эпюры продольных усилий, изгибающих и крутящих моментов,

2. Определить допускаемые нагрузки и, исходя из заданных размеров прямоугольного сечения элемента бруса длиной,

3. Определить диаметры круглых сечений элементов бруса длиной и.

Примечания:

а) Построение эпюр внутренних силовых факторов производить, используя скользящую систему координат с постоянным направлением осей.

б) В расчетах на прочность использовать теорию максимальных касательных напряжений.

в) Прямоугольное сечение бруса длиной считать ориентированным так, что плоскость наибольшей жесткости совпадает с плоскостью действия максимального изгибающего момента.

Таблица исходных значений

Решение.

1. Построение эпюр внутренних силовых факторов

Для определения величины и характера распределения внутренних силовых факторов по длине каждого участка ломаного бруса построим эпюры продольных сил

, изгибающих

и крутящих

моментов. Поперечными силамив расчетах, как правило, пренебрегают, так как их влияние незначительно. Для ломаного бруса, показанного на рис. 5.1, эпюры внутренних силовых факторов приведены на рис. 5.2.

Рис. 5.2

2. Определение допускаемой нагрузки и.

2.1 Определение опасного сечения элемента бруса длиной .

Анализ эпюр показывает, что наиболее опасным является сечение в заделке. В этом сечении действуют: максимальный изгибающий момент

, изгибающий момент

, постоянный по длине участка, крутящий момент

, а также продольная сжимающая сила

.

2.2 Определение опасных точек в опасном сечении элемента

Прямоугольное сечение элемента бруса длиной ориентируем так, чтобы плоскость наибольшей жесткости совпадала с плоскостью действия максимального изгибающего момента

. Положение плоскости наибольшей жесткости определяется жесткостью поперечного сечения относительно главных центральных осейи, в частности, величиной максимального момента сопротивления. В данном случае (рис. 5.3)

,

,

, т.к.

.

Максимальный изгибающий момент также действует относительно оси (

). Следовательно, сечение должно быть расположено так, как показано на рис. 5.3.

Для определения положения опасных точек в опасном сечении построим эпюры распределения нормальных (от

) и касательных (от

) напряжений (рис. 5.3).

Рис. 5.3

Эпюры нормальных и касательных напряжений показывают, что наиболее опасными являются следующие три точки этого сечения:

 точка

, касательные напряжения равны нулю,

 точка

, где суммируются нормальные напряжения от

, а касательные напряжения от

принимают максимальные значения,

 точка

, где суммируются нормальные напряжения от

, а касательные напряжения равны.

2.3. Определение величин изгибающих и крутящих моментов в опасном сечении и моментов сопротивления.

Выразим через величину. Так как по условию задачи=1.3, то получаем

.

Моменты в опасном сечении имеют следующие значения:

При заданном соотношении

и

см моменты сопротивления принимают следующие значения:

где при

.

2.4 Определение допускаемой нагрузки

Расчет в точке . В точкеимеют место только нормальные напряжения, поэтому на основании принципа независимости действия сил

.

.

Расчет в точке

. Для точки

имеем

Так как в точке

имеют место нормальные и касательные напряжения, используем условие прочности по третьей гипотезе

.

.

Расчет в точке

. Для точки

имеем

где

,

,

.

По III гипотезе прочности имеем

.

Из полученных результатов видно, что сосредоточенная сила должна быть меньше или равна 3.3 кН, т.е. точкаоказалась самой опасной из трех.

3. Определение диаметров круглых сечений элементов ломаного бруса при,.

3.1. Определение диаметра круглого сечения элемента бруса длиной .

Опасным является сечение в конце участка, если двигаться от свободного конца бруса, где действует один силовой фактор – изгибающий момент

. Условие прочности будет иметь вид

.

.

3.2. Определение диаметра круглого сечения элемента бруса длиной .

Анализ эпюр (рис. 5.2) на втором участке показывает, что опасным является сечение в конце участка, если двигаться со свободного конца бруса, где изгибающие моменты

и

принимают максимальные значения, а крутящий момент

, т.е. имеет место изгиб с кручением бруса круглого поперечного сечения (см. раздел 4.1). На рис. 5.4 два изгибающих момента приведены к одному суммарному и показаны опасные точки сечения и .

Рис. 5.4

Величины моментов

,

Условие прочности для круглого сечения согласно III теории прочности имеет вид

.

где

.

,

.

Материал будет постоянно добавляться/удаляться и видоизменяться.

Сокращения, обозначения

// Возможно применение, комментарии.

// Необходима проработка.

// Наличие ошибки.

// Удалить.

МКЭ - метод-конечных элементов;

НДС - напряженно-деформированное состояние.

Общие замечения:

Недостатки аналитических расчетов:

1. Независимый расчет отдельных элементов и узлов, как следствие не учитывается их взаимное влияние друг на друга и влияние работы всей конструкции на них.
2. Невозможность учета фактического приложения нагрузок, только перевод их в упрощенный вариант внешних моментов и сил, что трудоемко и не отражает реальную расчетную схему.
3. Попытки описать различную геометрию расчитываемых элементов и узлов вносят множество эмпирических коэффициентов, совокупность которых мало отражает реальную нагрузку.

American Society of Mechanical Engineers (ASME)

. P DF

VIII Rules for Construction of Pressure Vessels. Division 2. Alternative Rules.

ASME Boiler and Pressure Vessel Code . P DF

II Materials. Part D. Properties (Metric).

ASME Section VIII - Division 2 Criteria and Commentary . P DF

GUIDEBOOK for the Design of ASME Section VIII Pressure Vessels .PDF

Sec ond Edition by James R. Farr and Maan H. Jawad.

Государственные стандарты (ГОСТ)

ГОСТ 14249-89 . PDF

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

// Стандарт содержит ряд общих положений и аналитические расчеты основных элементов.

Введение
"... устанавливает нормы и методы расчета на прочность цилиндрических обечаек, конических элементов, днищ и крышек сосудов и аппаратов из углеродистых и легированных сталей, применяемых в химической, нефтеперерабатывающей и смежных отраслях промышленности, работающих в условиях однократных и многократных статических нагрузок под внутренним избыточным давлением, вакуумом или наружным избыточным давлением под действием осевых и поперечных усилий и изгибающих моментов, а также устанавливает значения допускаемых напряжений, модуля продольной упругости и коэффициентов прочности сварных швов."

п.1. Общие требования
п.1.1.1: - физико-механические характеристики материала и допустимые напряжения определяются в зависимости от расчетной температуры.

п.1.1.2:
- "Расчетную температуру определяют на основании теплотехнических расчетов...";

// Малоприменимо, т.к. трудоемкость теплотехнического расчета высока и необходимы входные данные такие как коэффициенты конвекции.
- "За расчетную температуру стенки сосуда или аппарата принимают наибольшее значение температуры стенки."

п.1.1.3: - при отсутствии возможности проведения тепловых расчетов или если во время эксплуатации температура стенки повышается до температуры среды, то за расчетную температуру следует принимать наибольшую температуру среды.

// За расчетную температуру как правило принимается температуры из паспорта.

п.1.2.2:
"Расчетное давление для элементов сосуда или аппарата принимают, как правило, равным рабочему давлению или выше."

// Расчетное давление принимают как правило из паспорта.
"Если на элемент сосуда или аппарата действует гидростатическое давление, составляющее 5% и выше рабочего, то расчетное давление для этого элемента должно быть повышено на это же значение."

Определение допускаемых напряжений [σ] при расчете по предельным нагрузкам при статических однократных нагрузках;

// Формулировка неясна, допускаемое напряжение только для расчета по ПРЕДЕЛЬНЫМ НАГРУЗКАМ?
- однократная нагрузка - количество циклов нагружения от давления, стесненности температурных деформаций или других воздействий не превышает 10 3 . При определении числа циклов нагружения не учитывают колебание нагрузки в пределах 15% расчетной.

// Количество циклов равное 1000 взято безосновательно, в реальной ситуации необходимо рассчитывать и на циклическую прочность независимо от количества циклов.

п.1.4.2:

В табл.1. приведены коэффициенты запаса прочности для различных условий нагружения;
"Для сосудов и аппаратов группы 3, 4 ... коэффициент запаса прочности по временному сопротивлению n в допускается принимать равным 2,2.";

п.1.4.5:

"Для стального листового проката, изготовляемого согласно техническим условиям по двум группам прочности, допускаемые напряжения для первой группы прочности принимают по табл. 5 прил. 1 .

Для листового проката второй группы прочности (стали ВСт3пс, ВСт3сп, ВСт3Гпс и 09Г2С) допускаемое напряжение, принимаемое по табл. 5 прил. 1 , увеличивают на 6%,а для стали 09Г2С - на 7%."

// Как определять группы прочности для проката?

п.1.4.6: "Разрешается допускаемое напряжение при температуре 20°С определять по п. 1.4.1 , принимая гарантированные значения механических характеристик в соответствии со стандартами или техническими условиями на стали с учетом толщины листового проката. При повышенных температурах допускаемые напряжения, принимаемые с учетом толщины проката и групп прочности стали, разрешается определить по нормативно-технической документации, утвержденной в установленном порядке."

п.1.4.10: "Для элементов сосудов и аппаратов, рассчитываемых не по предельным нагрузкам (например, фланцевых соединений) допускаемые напряжения должны определять по соответствующей нормативно-технической документации, утвержденной в установленном порядке."

п.1.4.11: "Расчетные значения предела текучести, временного сопротивления и коэффициентов линейного расширения приведены в прил. 2, 3 ."

п.1.4.12: "Коэффициент запаса устойчивости (n у) при расчете сосудов и аппаратов на устойчивость по нижним критическим напряжениям в пределах упругости следует принимать:
2,4 - для рабочих условий;
1,8 - для условий испытания и монтажа."

// Возможно стоит использовать при расчете устойчивости непосредственно в ANSYS.

п.1.5.1: "Расчетные значения модуля продольной упругости Е для углеродистых и легированных сталей в зависимости от температуры должны соответствовать приведенным в прил. 4 ."

п.1.6: "При расчете на прочность сварных элементов сосудов и аппаратов в расчетные формулы следует вводить коэффициент прочности сварных соединений:
φ р - продольного шва цилиндрической или конической обечаек;
φ т - кольцевого шва цилиндрической или конической обечаек;
φк - сварных швов кольца жесткости;
φа - поперечного сварного шва для укрепляющего кольца;
φ, φ А, φ В - сварных швов выпуклых и плоских днищ и крышек (в зависимости от расположения).
Числовые значения этих коэффициентов должны соответствовать значениям, приведенным в прил. 5 .
// Стыковые швы при 100% НК имеют коэф. прочности 1.

// Невозможно использовать пункт, т.к как правило нет данных по видам и способам сварки, местонахождению швов, и швы как правило не моделируются.

п.1.7.1:

"При проверочном расчете прибавку вычитают из значений исполнительной толщины стенки. Если известна фактическая толщина стенки, то при проверочном расчете можно не учитывать с 2 и с 3 ."

"При расчете эллиптических днищ, изготавливаемых штамповкой, технологическую прибавку с 3 для компенсации утонения в зоне отбортовки не учитывают, если ее значение не превышает 15% расчетной толщины листа."

// Прибавку с 3 неясно откуда брать.

п.2. Расчет обечаек цилиндрических // аналитически

п.3. Расчет выпуклый днищ // аналитически

п.4. Расчет плоских круглых днищ и крышек // аналитически

п.5. Расчет обечаек конических // аналитически

Приложеня:
- Механические характеристики (прил.2);
- Коэффициент линейного расширения (прил.3);
- Модуль продольной упругости Е (прил.4);

// В ПНАЭ Г-7-002-86 приведено больше материалов.

ГОСТ 24755-89. PDF

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ УКРЕПЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ

// Стандарт содержит аналитические формулы для расчета укрепления отверстий. Формулы имеют приделы применения.

"...стандарт устанавливает нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий в обечайках, переходах и выпуклых днищах сосудов и аппаратов..."

п.1. Условия применения

п.1.1: "Стандарт действителен при условии выбора толщин стенок обечаек, переходов и днищ в соответствии с ГОСТ 14249 ."

п.1.3: "При значениях отношений, превышающих пределы, установленные в табл. 1 , рекомендуется использовать специальные методы расчета на прочность укреплений отверстий, не охватываемые настоящим стандартом."

п.2. Основные формулы расчета

п.3. Одинокие отверстия в сосудах и аппаратах

п.4. Учет взаимного влияния отверстий в сосудах и аппаратах, нагруженных внутренним давлением

п.5. Укрепление отверстий в сосудах и аппаратах, нагруженных наружным давлением

п.6. Минимальные размеры сварных швов

СОСУДЫ И АППАРАТЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ. ОБЕЧАЙКИ И ДНИЩА. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

"Стандарт распространяется на однослойные обечайки, плоские и выпуклые днища сосудов и аппаратов кованых, ковано-сварных стальных, а также однослойных сосудов и аппаратов, изготовленных из стального листового проката, работающих при статических нагрузках под действием внутреннего избыточного давления свыше 10 до 100 МПа..."

п.1. Общие положения

п.2. Расчет на прочность цилиндрических однослойных обечаек

п.3. Расчет на прочность плоских днищ

п.4. Расчет на прочность выпуклых днищ

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. ДНИЩА И КРЫШКИ СФЕРИЧЕСКИЕ НЕОТБОРТОВАННЫЕ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

"Сстандарт распространяется на сферические неотбортованные днища и крышки сосудов и аппаратов..."

п.2. Сферические неотбортованные днища и крышки, нагруженные внутренним избыточным давлением

п.3. Сферические неотбортованные днища и крышки, нагруженныенаружным давлением

СОСУДЫ И АППАРАТЫ СТАЛЬНЫЕ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ МАЛОЦИКЛОВЫХ НАГРУЗКАХ

"...устанавливает нормы и методы их расчета на прочность при количестве главных циклов нагружения от давления, стесненности температурных деформаций или других видов нагружений от 10 3 до 5*10 5 за весь срок эксплуатации сосуда."

п.1. Условия применения расчетных формул

п.2. Циклы нагружения

п.2.3: "При расчете на малоцикловую усталость учитывают следующие циклы нагружения:
1) рабочие циклы, которые имеют место между пуском и остановом рассчитываемого сосуда и относятся к нормальной эксплуатации сосудов;
2) циклы нагружения при повторяющихся испытаниях давлением;
3) циклы дополнительных усилий от воздействия крепления элементов - сосуда или аппарата и крепления трубопроводов;

// Не очень понятно как это использовать - ведь крепление сосуда как правило происходит на весь срок его эксплуатации, а значит цикла нет.
4) циклы нагружения, вызванные стесненностью температурных деформаций при нормальной эксплуатации сосудов."

// Как правило закрепления производятся таким образом, чтобы не стеснять температурные деформации, а значит циклов не возникает.

п.2.4: "При расчете на малоцикловую усталость не учитывают циклы нагружения от:
а) ветровых и сейсмических нагрузок;

// По логике учитывать надо, однако на данный момент совсем неясно как.
б) нагрузок, возникающих при транспортировании и монтаже;
в) нагрузок, у которых размах колебания не превышает 15 % для углеродистых и низколегированных сталей, а также 25 % для аустенитных сталей от допускаемого значения, установленного при расчете на статическую прочность. При совместном действии нагрузок по подпунктам а-в этим условиям должна удовлетворять сумма размахов нагрузок. При определении суммы размахов нагрузок от различных воздействий не учитывают вспомогательную нагрузку, которая составляет менее 10 % от всех остальных нагрузок;

г) температурных нагрузок, при которых размах, колебания разности температур в двух соседних точках менее 15 °С для углеродистых и низколегированных сталей и 20 °С для аустенитных сталей. Под соседними точками следует понимать две точки стенки сосуда, расстояние между которыми не превышает (2Ds)^0.5, где D - диаметр сосуда, s - толщина стенки сосуда.
д) размахов колебаний температуры в месте соединения материалов с различными коэффициентами линейного расширения, которые не превышают 50 °С."

// Слишком громоздкие формулировки, проще учитывать чем проводить данные проверки. Тем более в случае дефектных сосудов.

п.2.5: "Размах колебания главных нагрузок определяют на основе рабочих значений этих нагрузок."

// Что такое главные нагрузки? Давление? Т.е. циклическую прочность надо считать от рабочего, а не расчетного давления?

п.2.6: "Число циклов нагружения определяют по установленной в документации долговечности сосуда или аппарата. При отсутствии таких данных принимают долговечность 10 лет."

п.3. Условия проверки на малоцикловую усталость

п.4. Упрощенный расчет на малоцикловую усталость

п.5. Уточненный расчет на малоцикловую усталость

п.6. Определение допускаемой амплитуды напряжений и допускаемого числа циклов нагружения

Прил. 1 Определение условных упругих напряжений

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. СОСУДЫ С РУБАШКАМИ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

"Стандарт распространяется на стальные сосуды с U-образной или цилиндрической рубашкой, с рубашкой, сопряженной анкерными трубами или отбортовкой, а также с рубашкой с каналами для обогрева или охлаждения сосуда, нагруженные избыточным давлением в сосуде или в рубашке, собственным весом и стесненностью температурных деформаций..."

п.1. Условия применения расчетных формул

п.2. Сосуды с u-образной рубашкой

п.3. Сосуды с цилиндрическими рубашками

п.4. Сосуды, частично охваченные рубашками, сопряженными с корпусом анкерными трубами и отбортовками

п.5. Сосуды с каналами

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ ОБЕЧАЕК И ДНИЩ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОПОРНЫХ НАГРУЗОК

"Стандарт... устанавливает нормы и методы расчета на прочность сосудов и аппаратов, статически нагруженных опорными узлами: несущими ушками, опорными лапами, седловыми опорами, опорными стойками."

п.1. Принципы расчета

п.1.3.1. Общее меридиональное мембранное напряжение в цилиндрической обечайке

п.1.3.2. Общее меридиональное мембранное напряжение в конической обечайке

п.1.3.3. Общее окружное мембранное напряжение в цилиндрической и конической обечайках

п.1.3.4. Общее мембранное напряжение в сферической обечайке, сферическом сегменте торосферического днища и эллиптическом днище

п.2. Несущие ушки

п.3. Опорные лапы

п.4. Седловые опоры

п.5. Опорные стойки

АППАРАТЫ КОЛОННЫЕ. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

п.1 Область применения

п.3 Классификация и типы колонных аппаратов

п.4 Обозначения

п.5 Требования к конструкции

п.5.1.3 : - при расчете колонных аппаратов снеговые нагрузки не учитываются.

п.6 Требования к материалам

п.7 Требования к изготовлению

п.8 Сварка и сварные соединения

п.9 Гидравлическое испытание

п.10 Термическая обработка

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ УСИЛИЙ ДЛЯ АППАРАТОВ КОЛОННОГО ТИПА ОТ ВЕТРОВЫХ НАГРУЗОК И СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

п.3.2 : - расчет на сейсмическое воздействие необходим в регионах с сейсмичностью 7 и более баллов по шкале Рихтера.

Проблемы при расчете ветровой нагрузки:

1. п.5.3 : ! Как пересчитывать из сосредоточенной силы давление для ANSYS. Площадь боковой поверхности цилиндра = 2·π· D· h.
2. Путаница в индексах i, j, k по всему документу, как следствие высока вероятность ошибки или неправильного понимания.
3. п.5.6 : ! Для определения ε 2 формулы, неясно какую брать.
4. п.5.7 : ! Требуется определение α по ф.4. В ф.4 нужны коэффициенты по ф.7. Они применимы только если количество жесткостей колонны не более 3.
5. Расчет ветра на площадки п 5.9 - только относительно какого-то расчетного сечения на высоте х 0 , пересчет ветра при обдуве колонны с другой стороны, из-за площадок находящихся в аэродинамической тени. (скорее всего)

СОСУДЫ И АППАРАТЫ КОЛОННОГО ТИПА. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

Расчетные нагрузки и воздействия:
1. собственный вес (п.4.2 .)
2. изгибающие моменты (п.4.3 ))
4. снеговые нагрузки не учитывают (п.4.4 )
5. температурное воздействие (п.4.5 )

п.4.6: - р асчет локальных напряжений

п.4.7: - т емпература монтажа

СОСУДЫ И АППАРАТЫ СТАЛЬНЫЕ СВАРНЫЕ. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

п.1. Область применения

п.2. Нормативные сылки

п.3. Обозначения

п.4. Требования к конструкции

п.4.1.4.

"Расчет на прочность сосудов и их элементов следует проводить в соответствии с ГОСТ Р 52857.1 - ГОСТ Р 52857.11 , ГОСТ Р 51273 , ГОСТ Р 51274, ГОСТ 30780 .

Допускается использование настоящего стандарта совместно с другими международными и национальными стандартами на расчет на прочность при условии, что их требования не ниже требований российских национальных стандартов."

п.4.1.7. "В зависимости от расчетного давления, температуры стенки и характера рабочей среды сосуды подразделяют на группы. Группу сосуда определяет разработчик, но не ниже, чем указано в табл. 1. "
Табл. 1. Группы сосудов

п.5. Требования к материалам

п.5.1.4:

- "абсолютной минимальной температуре окружающего воздуха данного района (СНиП 23-01 ), если температура стенки сосуда, находящегося под расчетным (рабочим) давлением, может принять температуру наружного воздуха;"

- "температуре, указанной в табл. М.2 Прил. М , если температура стенки сосуда, находящегося под расчетным (рабочим) давлением, не может принять температуру наружного воздуха."

п.6. Изготовление

п.6.2.2:

"После сборки и сварки обечаек корпус (без днищ) должен удовлетворять следующим требованиям:

а) отклонение по длине не более +/- 0,3% от номинальной длины, но не более +/- 50 мм;

б) отклонение от прямолинейности не более 2 мм на длине 1 м, но не более 30 мм при длине корпуса свыше 15 м."

п.6.2.4:
"- Отклонение внутреннего (наружного) диаметра корпуса сосудов допускается не более +/- 1% номинального диаметра, если в технической документации не оговорены более жесткие требования.
- Относительная овальность a корпуса сосудов (за исключением аппаратов, работающих под вакуумом или наружным давлением, теплообменных кожухотрубчатых аппаратов) не должна превышать 1%.
- в местах, где не установлены штуцера и люки a = 2(Dmax-Dmin)/(Dmax+Dmin)*100
- в местах установки штуцеров и люковa = 2(Dmax-Dmin-0,02d)/(Dmax+Dmin)*100,
где Dmax, Dmin, - соответственно наибольший и наименьший внутренние диаметры корпуса, измеренные в одном поперечном сечении;

d - внутренний диаметр штуцера или люка.

Значение a допускается увеличивать до 1,5% для сосудов при отношении толщины корпуса к внутреннему диаметру не более 0,01.

Значение для сосудов, работающих под вакуумом или наружным давлением, должно быть не более 0,5%.

Значение a для сосудов без давления (под налив) должно быть не более 2%."

п.7. Правила приемки

п.8. Методы контроля

п.9. Комплектность и документация

п.10. Маркировка, консервация и окраска, упаковка, транспортирование и хранение

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

п.4 : Общие положения
п.4.1 :
необходимо учитывать следующие факторы:
- внутреннее / внешнее давление;
- температуры окружающей среды и рабочие температуры;
- статическое давление в рабочих условиях и условиях испытания, нагрузки от массы сосуда и содержимого в оборудовании;
- инерционные нагрузки при движении, остановках и колебаниях, нагрузки от ветровых и сейсмических воздействий;
- реактивные усилия (противодействия), которые передаются от опор, креплений, трубопроводов и т. д.;
- нагрузки от стесненности температурных деформаций;
- усталость при переменных нагрузках, коррозию и эрозию и т. д.
п.4.3 : В основу методов расчета на прочность большинства элементов сосудов принят метод расчета по предельным нагрузкам. Для удобства расчета коэффициенты запаса прочности к предельным нагрузкам учитываются при определении допускаемых напряжений.
При расчете на устойчивость допускаемые нагрузки определяют по нижним критическим напряжениям.

Расчетная температура (п.5)

п.8 : Допускаемые напряжения, коэффициенты запаса прочности
п.8.1 : Допускаемое напряжение [σ] при расчете по предельным нагрузкам

п.8.8 :
Разрешается допускаемое напряжение определять по основному слою. В этом случае прибавка на коррозию принимается равной толщине коррозионно-стойкого слоя.

8.10 : Для элементов сосудов, рассчитываемых не по предельным нагрузкам, а по допускаемым напряжениям, расчет проводят по условным упругим напряжениям.

п.12 : Прибавки к расчетным толщинам конструктивных элементов
п.12.1 :
При поверочном расчете прибавку вычитают из значений исполнительной толщины стенки.
Если известна фактическая толщина стенки, то при поверочном расчете можно учитывать только с1 (прибавка для компенсации коррозии и эрозии)

В табл.В.1 приведен модуль упругости Е.

ГОСТ Р 52857.2-2007. PDF

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ.РАСЧЕТ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ И КОНИЧЕСКИХ ОБЕЧАЕК, ВЫПУКЛЫХ И ПЛОСКИХ ДНИЩ И КРЫШЕК

п.4.2 : метод предельных нагрузок.
При расчете на устойчивость предельное состояние - достижение нижних критических напряжений.
п.4.3 : При одновременном действии нескольких нагрузок (давления, осевого сжатия и т. п.) условие прочности (устойчивости) проверяют на основе линейного суммирования повреждений, за исключением случаев, когда имеются более точные решения
п.4.4 : - приведены формулы для определения исполнительных размеров при проектировочном расчете и определении допускаемых нагрузок при поверочном расчете.

5.3.1.3 : При изготовлении обечайки из листов разной толщины, соединенных продольными швами,
расчет толщины обечайки проводят для каждого листа с учетом имеющихся в них ослаблений.

ГОСТ Р 52857.3-2007. PDF

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ.УКРЕПЛЕНИЕ ОТВЕРСТИЙ В ОБЕЧАЙКАХ И ДНИЩАХ ПРИ ВНУТРЕННЕМ И ВНЕШНЕМ ДАВЛЕНИЯХ. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ОБЕЧАЕК И ДНИЩ ПРИ ВНЕШНИХ СТАТИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ НА ШТУЦЕР

ГОСТ Р 52857.4-2007. PDF

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ.РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ И ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

ГОСТ Р 52857.5-2007. PDF

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ.РАСЧЕТ ОБЕЧАЕК И ДНИЩ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОПОРНЫХ НАГРУЗОК

ГОСТ Р 52857.6-2007. PDF

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ МАЛОЦИКЛОВЫХ НАГРУЗКАХ

ГОСТ Р 52857.7-2007. PDF

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ.ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ

ГОСТ Р 52857.8-2007. PDF

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ.СОСУДЫ И АППАРАТЫ С РУБАШКАМИ

ГОСТ Р 52857.9-2007. PDF

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ.ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В МЕСТАХ ПЕРЕСЕЧЕНИЙ ШТУЦЕРОВ С ОБЕЧАЙКАМИ И ДНИЩАМИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ДАВЛЕНИЯ И ВНЕШНИХ НАГРУЗОК НА ШТУЦЕР

п.4 : - допускается применять другие методы расчета, например численные методы исследований напряжений, основанные на МКЭ.

ГОСТ Р 52857.10-2007. PDF

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ.. СОСУДЫ И АППАРАТЫ, РАБОТАЮЩИЕ С СЕРОВОДОРОДНЫМИ СРЕДАМИ

ГОСТ Р 52857.11-2007. PDF

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ.МЕТОД РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ ОБЕЧАЕК И ДНИЩ С УЧЕТОМ СМЕЩЕНИЯ КРОМОК СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, УГЛОВАТОСТИ И НЕКРУГЛОСТИ ОБЕЧАЕК

п.4.7 : - допускается проводить оценку прочности МКЭ.

//позволяет прорвести расчет только дефектов определенной формы; не учитывает совместное влияние дефекта и объекта.

//напяряжения в больших вмятинах завышает (перебраковывает)

ГОСТ Р 52857.12-2007. PDF

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ.ТРЕБОВАНИЯ К ФОРМЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ РАСЧЕТОВ НА ПРОЧНОСТЬ, ВЫПОЛНЯЕМЫХ НА ЭВМ

АРМАТУРА ТРУБОПРОВОДНАЯ. ЗАДВИЖКИ ШИБЕРНЫЕ ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

п.4.1.6.1 : расчет должен включать в себя
- проектный расчет (силовой расчет задвижки, выбор толщин стенок корпуса и крышки)
- поверочный расчет узлов и деталей;
п.4.1.6.5: поверочный расчет должен включать:
- силовые расчеты разъемных соединений;
- статическую и сейсмическую прочность деталей;
- оценку продольной устойчивости шпинделя;
- оценку удельных давлений в зонах контакта;
- по спец. требованию: оценка сопротивления деталей хрупкому разрушенрию.
п.4.1.6.6: поверочный расчет проводят с учетом нагрузок:
- расчетное давление;
- давлений гидроиспытаний;
- усилия на шпинделе, соотв. Моменту настройки привода (режим НЭ) и максимальному моменту, развиваемому приводом (режим ННЭ);
- нагрузки от трубопровода;
- сейсмические ускорения элементов арматуры.
п.4.1.6.7: силовой расчет разъемных соединений с целью нераскрытия стыка при НЭ.
п.4.1.6.8: проведение расчетов возможно по НД и/или МКЭ.
п. 4.1.6.9: оценка прочности крепежный деталей для стержня шпильки и резьбы шпильки, гайки и фланца.
п.4.1.6.10: прочность ходовой и крепежный резьб
п.4.1.6.11: оценка продольной устойчивости шпинделя
п.4.1.6.12: удельное давление в зонах контакта деталей.
п.4.2.1. Сейсмостойкость
п.4.2.1.2. Сейсмостойкость должна подтверждаться расчетами.
Проведение расчетов по общеинженерным методикам и/или компьютерные программы расчета.
п.4.2.1.3. Предварительно необходима определение собственной частоты колебаний задвижки.
п.4.2.1.3-7-10: амплитуда, собственная частота, сейсмичность.
п.4.2.2. Нагрузки, передаваемые от трубопроводов. Климатические воздействия.
Приложение В. Дополнительные нагрузки от трубопровода на патрубки задвижек

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ. РАСЧЕТ НА СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

п.1. Область применения
Устанавливает нормы и методы определения расчетных усилий, оценки прочности и устойчивости от сейсмических воздействий для сосудов и аппаратов на площадке с сейсмичностью 7-9 баллов по шкале MSK-64.

(ДиОР)

МЕТОДИКА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ, НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

(13.01.2006)

// взамен МООР-98. Методика определения остаточного ресурса технологического оборудования нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств

Применяется при выработке ресурса или имеет отклонения

п.13. Поверочный прочностной расчет основных несущих элементов оборудования
//ссылки на ГОСТы

п.17. Оценка работоспособности оборудования
п.17.2
запасы прочности
- для статич. нагр.: nt =1,5 nв = 2,4 nдп = 1,5 nп = 1,0 (ГОСТ 14249-89 )
- для малоцикл. нагр: nN =10 nG = 2 (ГОСТ 25859-83 )
п.18 . Прогнозирование остаточного ресурса оборудования
//расчет необходимо проводит для основных несущих элементов для каждого доминирующего механизма повреждения; после чего выбрать минимальный
п.18.3 : //оценка ресурса при коррозионно-эрозионный износ
Sотб назначает эксперт исходя из поверочного расчета
п.18.7: //максимальная допустимая величина срока работы оборудования

Правила безопасности (ПБ)

ПРАВИЛА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРТИЗЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ОБЩИЕ ПРАВИЛА ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИЙ, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИХ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

ПРИКАЗ от 25 марта 2014 N 116. PDF

ФНиП в области ПБ "Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением"

//взамен ПБ 03-576-03. ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА И БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СОСУДОВ, РАБОТАЮЩИХ ПОД ДАВЛЕНИЕМ (11.06.2003) . PDF / DOC

ПБ 03-584-03. не найдено

ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИЕМКИ СОСУДОВ И АППАРАТОВ СТАЛЬНЫХ СВАРНЫХ

//наиболее полный документ, по нему делают техническое освидетельствование
п.2.2: - прибавки для компенсации коррозии (эрозии).
табл.1 : - определение группы сосуда.

ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА И БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ

//зам енен на РУКОВОДСТВО ПО БЕЗОПАСНОСТИ «РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УСТРОЙСТВУ И БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ»

ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ ДЛЯ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

ОБЩИЕ ПРАВИЛА ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ ХИМИЧЕСКИХ, НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ И НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ

ПРАВИЛА ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НЕФТЕБАЗ И СКЛАДОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ

ПРАВИЛА ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ

ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ СКЛАДОВ СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ И ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Правила и нормы в атомной энергетике (ПНАЭ)

НОРМЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Основные условные обозначения

1. Общие положения

п.1.2.9 : // Нет расчета на устойчивость от внутреннего давления.

п.1.2.15 :// Приведенные напряжения необходимо определять по теории наибольших касательных напряжений.

п.1.2.16 : // Поведение материала линейно упругое.

2. Основные определения

п.2.2 : // Расчетная температура равна максимальному среднеарифметическому значению температур на его наружной и внутренней поверхностях в одном сечении при НУЭ.

3. Допускаемые напряжения, условия прочности и устойчивости

4. Расчет по выбору основных размеров

п.4.1.7 : // При расчете готового изделия следует использовать фактическую толщину стенки (s f - c 2).

5. Поверочный расчет

п.5.1.5 : // При поверочном расчете используют физ.-мех. св-а металла и св.ш., указанные в гос. или отр. стандартах или ТУ. В случае отсутствия в этих документах необходимых данных допускается использовать данные, приведенные в табл. П.1.1-П.1.4 прил. и прил.6.

п.5.4 : // При оценке статической прочности по размахам напряжений (SIG)RV или (SIG)RK максимальные и минимальные абсолютные значения приведенных напряжений, входящих в определение этой категории, не должны превышать Rmt.

// (SIG)1 и (SIG)2 необходимо оценивать без температуры, (SIG)RVс температурой.

?вопрос: определение размаха напряжений (SIG)RV.

// Каждый элемент необходимо оценить в соответствии с табл.5.1.

// Итого: необходимые условия:

- (SIG)1, (SIG)2, (SIG)RV (п.5.4.2);

- сред касатель. напр. (п.5.4.6);

- от механич. нагр. (п.5.4.5);

- значения входящее в определение (п.5.4.7).

6. Методика определения сдвига критической температуры хрупкости вследствие термического старения

7. Методика определения сдвига критической температуры хрупкости вследствие накопления усталостных повреждений

8. Методика определения сдвига критической температуры хрупкости вследствие влияния облучения и коэффициента радиационного охрупчивания

9. Методы испытаний на усталость

10. Методы технологических испытаний металлов

Приложение 1 (обязательное). Физико-механические свойства конструкционных материалов

Приложение 2 (обязательное). Методы определения механических свойств конструкционных материалов

Приложение 6. Характеристики длительной прочности, пластичности и ползучести конструкционных материалов

ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА И БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Руководящий документ (РД)

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ АНАЛИЗА РИСКА ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

МЕТОДТЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОСТАТОЧНОГО СРОКА СЛУЖБЫ СОСУДОВ И АППАРАТОВ

Введение.

Методические указания распространяется на объекты,на которые распространеться ФНиП В ОБЛАСТИ ПБ. ПРАВИЛА ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ, НА КОТОРЫХ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ОБОРУДОВАНИЕ, РАБОТАЮЩЕЕ ПОД ИЗБЫТОЧНЫМ ДАВЛЕНИЕМ , ПБ 03-584-03 , СТО 00220227-005-2009 .

п.1. Общие положения.

п.2. Подготовка сосудов и аппаратов к ТД.

п.3. Порядок проведения ТД.

п.3.4.7 : - погрешность измерения максимального прогиба и площади деформированного участка ±1,0 мм;

п.3.6.4.2 : - погрешность измерения толщины не более ±0,1 мм.

п.3.9.1 : «Анализ прочности является одним из наиболее ответственных этапов диагностирования...»

п.3.9.2 :

«Расчет на прочность выполняется с учетом результатов технического диагностирования...».

«В расчетах учитываются фактические значения толщин стенок элементов сосудов, размеры и расположение выявленных дефектов, результаты исследований свойств металла. Расчеты на прочность выполняются на основании требований, действующих НД (прил.В)».

«Расчетам на прочность подвергаются все основные конструктивные элементы сосуда…».

«Расчеты на прочность проводятся с учетом всех видов нагрузок, действующих на сосуд: внутреннего, внешнего давления, при необходимости - ветровых и сейсмических воздействий, веса аппарата и примыкающих к нему элементов».

«Расчет на циклическую прочность проводится, когда количество циклов нагружения сосуда превышает 1000».

п.3.9.3 : «В тех случаях, когда расчетов на прочность по действующим НД недостаточно, то проводятся уточненные расчеты в соответствии с рекомендациями п.5 …».

п.4. Анализ повреждений и параметров технического состояния сосудов и аппаратов.

п.4.1.3.1 : «Если размеры отклонений больше допускаемых, то вопрос о возможности дальнейшей эксплуатации сосуда без исправления решается на основе расчета на прочность...»

п.4.1.3.2 : «При равномерной коррозии минимальная толщина стенок элементов корпуса сосуда должна быть не менее расчетной с учетом эксплуатационной прибавки на коррозию. В качестве расчетной (отбраковочной) величины различных конструктивных элементов сосудов принимается наибольшая толщина, полученная из расчетов на прочность и устойчивость при различных режимах эксплуатации и испытания. Если минимальная толщина стенки равна расчетной без эксплуатационной прибавки, то возможность дальнейшей эксплуатации сосуда и остаточный срок его службы устанавливаются при условии изменения рабочих параметров эксплуатации».

// Расчетная толщина - это толщина без учета коррозии.

п.4.2.2 :

«...при измерении толщины стенок портативным ультразвуковыми толщиномерами… суммарная методическая и метрологическая погрешность измерений составляет до 0,1-0,2мм».

«Допуск на отклонение толщины листов проката достигает 5% номинального размера и при толщинах более 20 мм отклонения могут достигать 1 мм».

// Допуски на прокат следует брать по соответствующим ГОСТ.

п.4.2.3 : Средне квадратичное отклонение при контроле составляет 0,22 - 0,6 мм.

п.4.2.4-5 : Планирование объема контроля.

п.5. Уточненные расчеты на прочность и определение критериев предельного состояния.

п.5.1 : «В случаях когда нельзя оценить прочность сосуда по действующей НД, а также когда возникает необходимость получения дополнительной информации о несущей способности и остаточном ресурсе сосуда, проводятся уточненные расчеты НДС.»

п.5.2 : «Уточненные расчеты проводятся с учетом всех режимов эксплуатации и нагрузок, возможных изменений геометрии сосуда, наличия дефектов, изменения характеристик материала».

п.5.5 : - критерии предельного состояния.

п.6. Определение остаточного ресурса сосудов и аппаратов.

«Если полученный в результате расчетов остаточный ресурс превышает 10 лет, то его следует принять равным 10 годам.»

п.6.1. Прогнозирование ресурса аппаратов, подвергающихся коррозии и изнашиванию (эрозии).

// в работе…

п.6.2. Прогнозирование ресурса аппаратов при циклических нагрузках.

«При определении [N] Используются минимальные толщины стенок элементов сосуда S Ф, определенные при толщинометрии сосуда с учетом прибавки на коррозию на момент исчерпания ресурса циклической работоспособности сосуда TЦ.»

// в работе…

ф.(6.5)-(6.7)

п.6.3. Прогнозирование ресурса аппаратов по изменению механических характеристик металла.

п.6.5. Прогнозирование ресурса сосудов по критерию хрупкого разрушения.

п.6.6. Определение гарантированного (гамма-процентного) и среднего остаточных ресурсов сосудов и аппаратов.

// в работе…

п.7. Особые требования к диагностированию и определению остаточного ресурса сосудов.

п.7.1.6-7 : - требования к расчету при отрицательных температурах ниже минимально разрешенных температур.

п.7.7.7 : - расчет на прочность двухслойной стали по РД 26-11-5-85 .

п.8. Порядок оформления и выдачи заключения о ресурсе безопасной эксплуатации сосуда

п.9. Техника безопасности при проведении диагностирования

п.10. Список использованной литературы

Приложение А. Термины, используемые в методических указаниях, и их определения

Приложение В. Перечень нормативной документации (НД) по расчету на прочность сосудов и аппаратов

//приложение содержит 60 документов

ПОЛОЖЕНИЕ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЭКСПЕРТИЗЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА ОБЪЕКТАХ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ОБОРУДОВАНИЯ ПО ИЗМЕНЕНИЮ ПАРАМЕТРОВ ЕГО ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ 1991

"Настоящий руководящийдокумент устанавливает требования к выборуметодов прогнозирования остаточного ресурса химико-технологического оборудованияпо изменению параметров его технического состояния при эксплуатации ирекомендации по применению статистических методовпри прогнозировании"

// Документ содержит практические указания по определения необходимого объема контроя. Походие указания содержаться в РД 421.
// в работе... Необходима разработка методики оценки необходимого числа измерений для обеспечения необходимого уровня достоверности, который в дальнейшем необходимо учитывать в расчетах.
1. Общие положения
п.1.2 : "В зависимости от требуемой достоверности прогноза ивозможностей получения информации применяют два подхода к прогнозированию:упрощенный, основанный на детерминистических оценках показателей, и уточненный,основанный на вероятностных оценках.
При первом - отклонения контролируемых параметровотносят к погрешностям методов контроля, случайным помехам и припрогнозировании остаточного ресурса в расчетах учитывают с помощьюкоэффициентов запасов. При втором подходе колебания наблюдаемых параметровиспользуют в качестве дополнительной информации, что позволяет повыситьдостоверность прогнозирования."

2. Виды повреждений, методы их выявления

п.2.1 : "Эксплуатация металла с трещинами не допускается*
*Примечание: в некоторых случаях после специальных исследований НИИхиммаш даетразрешения на дальнейшую эксплуатацию сосудов."
п.2.2 :
"Из рассмотренных критериев видно, что критериипредельного состояния могут быть качественными (наличие трещин, вмятин,коррозионного растрескивания) и количественными (величина износа, коррозии идр.)
Так для трубопроводов определены следующие количественные критерии:
износ толщины стенки не более 20%;
величина остаточной деформации труб
из углеродистых сталей не более 3,5%;
из легированных сталей не более 2,5%."
"При отсутствии в технической документации КПС ориентировочными значениями КПС могут служить нормы технологических допусков наизготовление (например, из ОСТ 26-291-87), взятые с коэффициентом 1,5."
// ОСТ 26-291-87 заменен на ГОСТ Р 52630-2012.

3. Методы прогнозирования остаточного ресурса, основанные настандартизованных нормах расчета

п.3.1 :
"Стальные сосуды и аппараты,подвергающиеся при эксплуатации периодическим нагружениям, могут разрушаться отмалоцикловой усталости металла. Поэтому в соответствии с требованиями ГОСТ 14249-89 они должны проверяться на циклическую прочность по ГОСТ 25859-83."
"При эксплуатации реальныхсосудов фактические действующие нагрузки и напряжения в их элементах отличаютсяот расчетных, причем в зонах концентрации напряжений или нарушениянепрерывности возможно весьма значительное превышение допускаемых напряжений,определяемых по ГОСТ 14249-89.Кроме того, при эксплуатации сосудов возникают различные повреждения (см. раздел 2),которые создают дополнительные концентрации напряжений. Поэтому при оценкеостаточного ресурса сосудов необходимо проведение исследования их напряженногосостояния с учетом имеющихся концентраторов напряжений. Исследование выполняютрасчетными, экспериментальными и расчетно-экспериментальными методами. Расчетынапряженного состояния выполняют с учетом фактической геометрии конструкции,фактических толщин несущих элементов и имеющихся концентраторов напряжений"
"На основе проведенногоисследования выполняют расчеты допускаемогочисла циклов нагружения [N] в соответствии сГОСТ25859-83 и определяют остаточный ресурс сосуда путем вычитания из [N] фактически отработанного числа циклов.
При наличии в элементах сосудов дефектов типа трещинприменение для оценки остаточного ресурса ГОСТ25859-83 не допускается. В таких случаях специализированными организациями,определенными НПАОП 0.00-1-59-87 Госпроматомнадзора,используются специальные методы механики разрушения."
// РД 50-490-84 отменен

п.3.2 :
"Для прогнозирования остаточного ресурса узлов иагрегатов машин, оборудования и приборов, отказы которых вызывают процессынакопления повреждений, рекомендуется использовать РД 50-490-84"Методические указания. Техническая диагностика. Методика прогнозированияостаточного ресурса машин и деталей по косвенным параметрам"."

4. Методы повышения информативности контроля техническогосостояния оборудования

п.4.1 :
"Доверительную вероятность, т.е. вероятность нахожденияфактического размера внутри доверительного интервала, стандарты по измерениямрекомендуют указывать в зависимости от ответственности контроля, но не ниже 0,95."
"Например, при измерении толщины стенок портативнымиультразвуковыми толщиномерами типа Кварц-15, УТ-93П техническая погрешностьизмерений составляет 0,1-0,2 мм, что не оказывает существенного влияния наточность контроля остаточной толщины стенок аппаратов. Более высокуюпогрешность обуславливает разброс толщины стенок, присущий листовому прокату,из которого изготовляют аппараты. Допуск на отклонения толщины листов прокатадостигает 5% от номинального размера и при толщинах более 20 мм отклонениямогут достигать 1 мм.
Но самый большой вклад в разброс результатовизмерений вносит действительное различие толщины стенок из-за неравномерностиих коррозии."
"После измеренийопределяют минимальную толщину стенки и сравнивают ее с расчетной. Еслиразность положительна, то считают аппарат пригодным для дальнейшейэксплуатации, в противном случае аппарат бракуют. Поскольку измеренияосуществляют выборочно (в намеченных точках), то при описанном методеминимальная из измеренных толщин может оказаться существенно больше, чемфактическая минимальная, имеющаяся на аппарате. Достоверность контроля при этомостается неопределенной, если учитывать размеры поверхности аппарата."
"При сплошной коррозии величина коэффициент вариации глубин коррозии, Vh обычно находится в интервале 0,1 - 0,4."
Таблица 3. Возможноепревышение измеренной глубины коррозии (в %) на поверхности площадью S=M×SC при уровне доверительной вероятности 0,99.
//проработать
"При этом одним из возможныхвариантов планов контроля может быть не равномерное распределение точекизмерений по поверхности аппарата, а сосредоточение наибольшего числа измерений (10-20)на одном участке (например, на участке максимального нагружения), а наостальных участках ограничиться 1-2 измерениями. Такой план контроля позволяетболее точно оценить величину Vh иизбежать ненужной работы."
п.4.2 :
"При отсутствии со стороны заказчика специальныхтребований по достоверности оценки в соответствии с РД 50-690-89 уровеньдоверительной вероятности принимается равным 0,8."
Таблица 4. Минимальное числоN точек для измерений

п.5. Прогнозирование остаточного ресурса оборудования по развитиюкоррозионных повреждений

п.6. Оценка остаточного ресурса технологического оборудования поизменению его выходных параметров

Прил.1. Примеры расчетовостаточного ресурса оборудования

Прил.3. Примеры нормирования показателей надёжности химическогооборудования

Прил.4 . Контроль деформацииползучести котлов и труб паропроводов

Прил.5. Анализ повреждений металла

РД 26.260.225-2001 . не найдено

КОРПУСА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СОСУДОВ И АППАРАТОВ. ТЕХНОЛОГИЯ, МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА

Стандарты ассоциаций (СА)

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ СОСУДОВ И АППАРАТОВ. ТОМ 1. РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СОСУДОВ

Введение:
- определение низшей собственной частоты колебаний колонного аппарата используется метод Рэлея ;
- «в случае, когда ограничения условий применения той или иной методики не могут быть соблюдены, целесообразно воспользоватьсячисленными методами расчета сосудов и аппаратов, реализуемых МКЭ»
(п.16.1: «многие сосуды и аппараты, вследствии сложности конструкции или условий наружения, не могут быть рассчитаны в строгом соответствии с НД»/
стр.206, табл.16.1 : допускаемые напряжения для расчетных напряжений.

Стандарты острослевые (СТО)

ТРУБНЫЕ ПЕЧИ, РЕЗЕРВУАРЫ, СОСУДЫ И АППАРАТЫ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ И НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ И НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ. ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНИЧЕСКОМУ НАДЗОРУ, РЕВИЗИИ И ОТБРАКОВКЕ

п.1 Трубные печи
п.2. Стальные вертикальные резервуары
п.2.6 . Допускаемые отклонения и нормы отбраковки элементов резервуара
п.2.6.5 : необходимо подтверждение расчетом допуска к эксплуатации резервуара с дефектом до очередного ремонта
п.2.6.9 :
- определение отбраковочной толщины по ф.2.1 и условиям;
- расчет на устойчивость;
- при изменении исходных параметров эксплуатации необходимо произвести уточненный расчет отбраковочных величин стенки;
- если при испытании отбраковочные толщины окажутся больше фактических, то испытание проводить при сниженном уровне налива воды, определяемом расчетом.
- при необходимости должен проводиться расчет отбраковочных величин стенки резервуара с учетом сейсмостойкости
п.2.6.10 : - эксплуатационных нагрузок определяется расчетом
п.2.6.17 :
- отбраковочные толщины патрубков штуцеров табл. 2.8.
- для крышек люков и штуцеров минимальная отбраковочная толщина определяется расчетом на прочность. Отбраковочная толщина для укрепколец равна проектной толщине за вычетом прибавки на коррозию.
прил. Н : при расчете на прочность и определении отбраковочных величин сварных листовых элементов резервуаров в расчетные формулы необходимо использовать коэффициенты прочности сварных соединений (фи).
п.3. Сосуды и аппараты
п.3.2.1: // Много ссылок на НТД.
п.3.4.7 : возможность эксплуатации сосуда с дефектами при пониженных параметрах должна быть подтверждена расчетом;
п.п.3.5.23, 3.5.24 : для сосудов, для которых невозможно проведение гидравлического испытания или невозможно проведение как внутреннего осмотра, так и гидравлического испытания при техническом освидетельствовании необходимо проведение расчета на прочность основных несущих элементов (корпуса, днища);
п.3.6 . Нормы отбраковки
п.3.6.1 . Элементы сосудов (в том числе и литых), определяющие их прочность, должны отбраковываться:
а) если при толщинометрии выявится, что под действием коррозии и эрозии уменьшилась толщина металла крышек, заглушек, стенки обечаек корпуса, штуцеров и др. до значений, определенных расчетами по действующим методикам или по паспорту, с учетом всех действующих нагрузок (внутреннего или наружного давления, весовых, ветровых, сейсмических, температурных и пр.) без учета прибавки на коррозию (отбраковочный размер);
б) если расчетная толщина стенки (без учета прибавки на коррозию) оказалась меньше величины, указанной ниже, то за отбраковочный размер принимается величина:
- для обечаек и днищ сосудов - 4 мм.
- для сосудов с исполнительной толщиной 4 мм и менее отбраковочный размер может быть снижен по заключению специализированной организации;
- допустимое отклонение от вертикали образующей сосуда (3.6.3)
- для кожухотрубчатых теплообменных аппаратов отбраковочная толщина стенки в табл. 3.1;
- для патрубков - табл. 3.2.
Щ.6. Гидравлическое испытание вертикально устанавливаемых сосудов допускается проводить в горизонтальном положении при условии обеспечения прочности корпуса сосуда, для чего расчет на прочность должен быть выполнен разработчиком проекта сосуда с учетом принятого способа опирания в процессе гидравлического испытания.
Щ.7 . Гидравлическое испытание сосудов колонного типа может производиться в горизонтальном положении лишь в тех случаях, когда расчетом на прочность будет установлено, что при пробном давлении напряжения во всех элементах сосудов не будут превышать 90% предела текучести для данной марки стали.

Cтраница 1

Прочностные расчеты - дело конструктора, научная база рассматривается в курсе Прикладной механики; курс ПАХТ эти моменты не затрагивает.  

Прочностные расчеты являются необходимым элементом проектирования трубопроводов. При трассировке горячих трубопроводов должна быть обеспечена достаточная гибкость их конфигурации, позволяющая компенсировать температурные удлинения трубопровода, а также смещения присоединительных штуцеров аппаратов, вызванные их нагревом. Прочностный расчет дает возможность подобрать конфигурацию трубопровода с достаточной компенсирующей способностью и в то же время избежать излишнего усложнения трубопровода и перерасхода материала. После выбора трассы трубопровода необходимо расставить опоры так, чтобы они воспринимали вес трубопровода и не снижали его компенсирующей способности. Прочностной расчет позволяет правильно выбрать точки расстановки опор, их тип и характеристики. Иногда невозможно обеспечить требуемую гибкость трубопровода, и его компенсирующая способность оказывается недостаточной. В частности, такая ситуация возможна при прокладке трубопроводов большого диаметра. В таком случае приходится включать в трубопровод линзовые (волнистые) компенсаторы: осевые, шарнирные, со стяжками.  

Прочностные расчеты при проектировании кулачковых механизмов, как правило, являются проверочными. Проверке подвергаются рабочие поверхности кулачка и ролика и ось ролика.  

Прочностные расчеты выполняются на основе методов сопротивления материалов с учетом особенностей ЭМУ как объекта конструирования для различных деталей и узлов.  

Прочностные расчеты узлов и деталей устройств интенсификации процессов очистки выполняют, пользуясь общепринятыми методиками курса сопротивления материалов.  

Прочностные расчеты узлов и деталей одно - и двухчервячных прессов выполняют после предварительного расчета технологических параметров: мощности привода, потребляемой червяком, гидравлического сопротивления формующих головок, осевого усилия на червяке, частоты вращения рабочих органов.  

Прочностные расчеты после определения нагрузок выполняют по формулам сопротивления материалов. Наряду с расчетными случаями, широко известными в практике машиностроения, расчет некоторых элементов манипулятора вызывает трудности. С достаточной точностью можно считать, что наружные элементы рычага описаны дугами концентрических окружностей.  

Прочностные расчеты конструкции выполняются обычно для определения степени соответствия принятых технических решений предъявляемым требованиям в условиях воздействия различных статических и динамических нагрузок. Эти вопросы являются основными при расчетах на прочность термоэлектрических батарей и устройств. Однако их решение связано с дополнительными требованиями, которые обусловливаются тем, что термоэлемент и термоэлектрическая батарея являются участком электрической цепи. В связи с этим величина допускаемых напряжений должна устанавливаться не только в целях предотвращения разрушения термоэлементов, но и для полного исключения возможности появления микротрещин, которые могут стать причиной значительного возрастания омического сопротивления.  

Прочностный расчет протяжек ведется на растяжение. Допускаемое напряжение в опасном сечении протяжек на растяжение зависит от ее конфигурации.  

Прочностный расчет протяжек ведется на растяжение.  

ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ
начальный этап проектирования конструкции, на котором определяются действующие на нее силы.
Соотношение между расчетом и проектированием. Главная задача здесь - подобрать наиболее подходящие материалы и размеры для элементов конструкции так, чтобы последние надежно выдерживали те нагрузки, которые будут действовать на них во время работы конструкции. Здание или мост собирается из таких основных элементов конструкции, как балки и сжатые или растянутые стержни. Чтобы можно было рассчитать элементы, из которых будет состоять мост, инженер должен сначала определить нагрузки и оценить различные связанные с ними эффекты. Например, чтобы рассчитать стальную балку, нужно сначала определить нагрузки и реакции, действующие силы и моменты и точки их приложения. Если проектируется ферма (состоящая из сжатых и растянутых стержней), то нужно определить нагружение каждого стержня. На этом этапе проектирования, называемом предварительным прочностным расчетом, балка и ферма существуют лишь в виде линейных (одномерных) диаграмм. На следующем этапе определяются пропорции и выбираются размеры. При этом, однако, проектировщик не анализирует распределение напряжений и деформаций внутри элементов конструкции. Максимально допустимые напряжения для каждого материала, например среднеуглеродистой стали, предписываются соответствующими нормативами. Руководствуясь ими, проектировщик рассчитывает элементы конструкции так, чтобы эти максимально допустимые напряжения не были превышены в наиболее нагруженных сечениях.
Основные факторы прочностного расчета. Равновесие сил. Важнейшую роль в прочностном расчете конструкции играет закон равновесия сил. Инженер-прочнист занимается в основном проектированием конструкций, выдерживающих действие различных эксплуатационных нагрузок. Хотя силы и моменты могут создаваться не только статическими нагрузками, сама конструкция должна оставаться устойчивой. Следовательно, для элемента конструкции, лежащего в определенной плоскости и нагруженного в этой плоскости, силы должны уравновешиваться. Это выражается представленными ниже уравнениями для системы несходящихся (не пересекающихся в одной точке) сил, лежащих в одной плоскости:

Эти уравнения означают, что должны быть уравновешены: 1) сумма горизонтальных составляющих сил, 2) сумма вертикальных составляющих сил и 3) сумма моментов сил относительно любой точки в данной плоскости. Если конструкция статически определима, то уравнений (1)-(3) достаточно для анализа эффектов, связанных с данной системой сил. Если же число неизвестных сил или факторов больше трех, то такая система является статически неопределимой. Она может быть статически неопределимой относительно внешних нагрузок и реакций, как, например, неразрезная балка с двумя пролетами, или внутренне статически неопределимой, как, скажем, ферма с избыточными диагональными стержнями.
Статические и динамические нагрузки. Нагрузки, действующие на элементы конструкции, делятся на статические (или постоянные) и динамические (или временные). Статические нагрузки действуют в данном положении постоянно. Их часто называют гравитационными, поскольку они направлены по вертикали. К статическим нагрузкам относится вес настила моста, здания, механического оборудования, закрепленного на определенном месте. Динамические же нагрузки могут возникать, исчезать и изменять место своего приложения. Динамические нагрузки создают люди в зданиях, грузовые автомобили на мосту, станки в цеху, гидротурбина в машинном зале ГЭС. Такие более или менее упорядоченные динамические нагрузки нетрудно определить, но есть и другие динамические нагрузки, которые невозможно достоверно оценить заранее, например, обусловленные ветром, ударами, температурными колебаниями и землетрясениями. В этих случаях используются специальные методы прочностного расчета и коэффициенты запаса.
См. также
СТАТИКА ;
СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ .
ЛИТЕРАТУРА
Данилов В.К. Инженерная механика: основы расчета на прочность. Л., 1984 Писаренко Г.С. и др. Пластичность и прочность материалов при нестационарных нагружениях. Киев, 1984 Бабенков И.С. Основы статики и сопротивления материалов. М., 1988

Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .

Смотреть что такое "ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ" в других словарях:

Раздел механики твердого тела, изучающий напряжения и деформации, которые обусловлены силами, действующими на твердые тела элементы конструкции. Эту дисциплину можно характеризовать и как науку о методах расчета элементов конструкции на прочность … Энциклопедия Кольера

Раздел механики, предметом которого являются материальные тела, находящиеся в состоянии покоя при действии на них внешних сил. В широком смысле слова статика это теория равновесия любых тел твердых, жидких или газообразных. В более узком… … Энциклопедия Кольера

Инженер прочнист специалист с высшим техническим образованием в задачи которого входит проверка конструкции (деталей, узлов, агрегатов, машин, механизмов, изделий и пр.) на прочность, жесткость, долговечность и ресурс. Содержание 1 Должностные… … Википедия

Требования - 5.2 Требования к вертикальной разметке 5.2.1 На поверхность столбиков, обращенную в сторону приближающихся транспортных средств, наносят вертикальную разметку по ГОСТ Р 51256 в виде полосы черного цвета (рисунки 9 и 10) и крепят световозвращатели … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

класс - 3.7 класс: Совокупность подобных предметов, построенная в соответствии с определенными правилами.

Главная » Компоненты » Большая энциклопедия нефти и газа. Статические и динамические нагрузки. Определение перемещений при косом изгибе