|
Цель расчета: оценка прочности колонного аппарата под действием внешнего взрыва с учетом наличия трещины.
Исходные данные На расстоянии r = 200 м от дебутанизатора происходит надземный взрыв. Тротиловый эквивалент взрыва (W) - 1600 кг. В сварном шве основания колонны обнаружена трещина размером L = 8 мм. Необходимо определить, является ли такая трещина критической с точки зрения безопасности дальнейшей эксплуатации. Дебутанизатор изготовлен из стали марки 16ГС. Внутренний диаметр (Dв) 1300 мм; толщина стенки аппарата (S) - 8 мм; прибавка к толщине стенки с =2,5 мм; высота (Н) = 26780 мм; масса колонны в рабочем состоянии (m) 15800 кг; момент инерции колонны J = 0,013 м4. Расчетное давление в аппарате Р=600 кПа. Допускаемое значение напряжения при рабочей температуре 148 МПа; модуль продольной упругости Е=198,2 ГПа. За расчетное сечение принято сечение на высоте у3-3 =2 м. Расчетная схема колонного аппарата приведена на рисунке 1. Изгибающий момент от ветровой нагрузки в расчетном сечении равен: кН·м. Вес участков колонны, расположенных выше трещины, кг. Показатель адиабаты принять равным k = 1,3; критический коэффициент интенсивности напряжений КIс=13 МПа · м1/2. Расчетное давление в аппарате Р=600 кПа. Допускаемое значение напряжения при рабочей температуре 148 МПа; модуль продольной упругости Е=198,2 ГПа. За расчетное сечение принято сечение на высоте у3-3 =2 м. Расчетная схема колонного аппарата приведена на рисунке 1. Вес участков колонны, расположенных выше трещины, кг. Показатель адиабаты принять равным k = 1,3; критический коэффициент интенсивности напряжений КIс=13 МПа · м1/2. Решение Предполагаем, что трещина возникает в сварном шве приварки корпуса аппарата к опоре. В расчете приняты следующие значения некоторых величин: начальное давление р0 =100 кПа; скорость звука для воздушных взрывов с = 333 м/с; для воздушных взрывов начальная плотность газа = 1,293 кг/м3; аэродинамический коэффициент . Расчет на прочность и устойчивость будем вести от совместного действия на аппарат ветровой и ударной нагрузок, которые принимаем равномерно распределенными по высоте колонны. Расчетная схема колонного аппарата показана на рисунке 1.
Рисунок 1 – Расчетная схема колонного аппарата
Определяем параметры ударной волны (давление и импульс на фронте) по следующим формулам: (1) где r – расстояние от центра облака до точки измерения, м; W – масса тротила, энергия которого равна энергии взрывающейся газовой смеси, кг. . (2) Тогда
= 7,6 кПа; кг/(м*с). Определим давление, действующее на сооружение в момент установления режима обтекания по формуле: (3) где – давление обтекания, Па; – избыточное давление на фронте ударной волны, Па. Подставим значения в (3) Плотность течения на фронте ударной волны определяется согласно: , (4)
где – начальная плотность газа, кг/м3, для воздушных взрывов = 1,293 кг/м3; k – показатель адиабаты, значение k обычно находится в диапазоне от 1,2 до 1,4, причем для газовых смесей ; кг/м3
Скорость движения фронта ударной волны по формуле: , (5) где Δр – избыточное давление на фронте ударной волны, Па. м/с Скорость течения на фронте ударной волны по формуле: (6) где D – скорость движения фронта ударной волны, м/с; с – скорость звука в невозмущенном газе, м/с; для воздушных взрывов с = 333 м/с. Подставим значения в (6) . Динамический напор ударной волны определяется согласно (7) где – плотность течения на фронте взрывной волны, кг/м3; – скорость течения на фронте взрывной волны, м/с. Па Нагрузка, действующая на аппарат при обтекании его ударной волной по формуле: (8) где Q – динамический (скоростной) напор ударной волны, Па, рассчитываемый по формуле (7); – наружный диаметр колонны, м. . Коэффициент динамического усиления по формуле: (9) где Е – модуль упругости материала аппарата, Па; J – момент инерции аппарата относительно центральной оси, м4; H – высота колонны, м; m – масса колонны в рабочем состоянии, кг. Найдем значение по формуле (9) .
Ударная нагрузка, рассчитывается по формуле: (10) где – коэффициент сопротивления тела стационарному обтекающему потоку воздуха, или аэродинамический коэффициент; для колонного оборудования, ось симметрии которого перпендикулярна направлению потока; – коэффициент динамического усиления; q – нагрузка, действующая на аппарат при обтекании его ударной волной, распределенная по высоте аппарата, Н/м; Н – высота колонны, м; у – ордината произвольного расчетного сечения, м.
Н Изгибающий момент от действия ударной нагрузки в расчетных сечениях определяется согласно: (11) где – ударная нагрузка, Н; Н – высота колонны, м; - ордината расчетного сечения, м. Суммарный изгибающий момент от совместного действия ветровой и ударной нагрузки в расчетном сечении 3–3 соответственно:
где - изгибающий момент от ветровой нагрузки, кН∙м, - изгибающий момент от действия ударной нагрузки, кН∙м.
кН·м
Определим меридиональные напряжения по формулам: (12) (13) где Рr – расчетное давление в аппарате, Па; Dв – внутренний диаметр аппарата, м; S – толщина стенки аппарата, м; с – прибавка к толщине стенки, м, Gтр – вес участков колонны, расположенных выше трещины при рабочих условиях, Н; ΣМ3-3 – изгибающий момент от совместного действия ветровой и ударной нагрузки в расчетном сечении 3–3 (место приварки корпуса аппарата к опоре), Н·м. = 110,36 МПа МПа
Окружные напряжения (только от внутреннего давления в аппарате) определяется согласно (14) Тогда Эквивалентные напряжения, возникающие в аппарате от совместного действия ветровой и ударной нагрузок, определяются по формулам: (15)
(16) где σу – окружные напряжения (только от внутреннего давления в аппарате), Па: ; Предполагаем следующий порядок расчета напряжений от максимальной нагрузки на аппарат (, Па): (17) где σх1 – меридиональные напряжения со стороны взрыва (по аналогии с ветровой нагрузкой), Па; σх2 – меридиональные напряжения с противоположной от взрыва стороны колонны, Па; σЕ1 – эквивалентные напряжения со стороны взрыва, Па; σЕ2 – эквивалентные напряжения с противоположной от взрыва стороны, Па.
МАХ(110,36; 51,34; 96,79; 105,92)=110,36 МПа.
Условие прочности и устойчивости корпуса аппарата выполняется, если максимальная нагрузка на аппарат не превышает допускаемых напряжений: ( = 148 МПа): 110,36 МПа < 148 МПа Условие прочности и устойчивости корпуса аппарата выполняется. Критические размеры трещины определяет критерий хрупкого разрушения КIс:критическая длина трещины (18) критическая глубина (19)
где КIс – критический коэффициент интенсивности напряжений, МПа · м1/2; σ – напряжения от максимальной нагрузки на аппарат от действия внешнего взрыва, МПа. Критическая длина трещины: м; критическая глубина: м.
Очевидно, что имеющаяся трещина (L = 8 мм) превышает по размерам критическую глубину, следовательно, такая трещина небезопасна в случае внешнего взрыва. Из проведенных расчетов видно, что наличие в конструкциях даже незначительных трещин, в случае воздействия на них взрывной нагрузки, способно привести к их росту, и в конечном итоге к потере прочности аппарата.
Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам... Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право... ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования... Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|