Pull down to refresh...

Main menu

Main menu

4.5. Расчет вариантов односторонних подкреплений сосудов при действии внутреннего давления

Часто при проведении проектировочных расчетов достаточно ограничиться определением только максимальных напряжений в области сопряжения плоского днища с патрубком. Введение эффективной высоты подкрепления позволяет использовать результаты предыдущих глав к расчету высоких или бесконечно длинных подкреплений путем сведения их к расчету колец с высотой, равной эффективной.

Рассмотрим применение метода на примерах вариантов односторонних подкреплений с различными конструктивными особенностями (табл. 42): а) исходный вариант; б) увеличение толщины пластины в два раза; в) установка накладки; г) установка подкрепляющей оболочки; д) установка накладки и оболочки.

Таблица 4.2

 

Варианты подкрепления

 

а

б

в

г

д

7,40

7,70

5,30

n

4,14

0,53

23,1

К

1,80

1,33

1,96

Х0

0,053

0,036

0,053

0,136

0,139

Хк

0,260

0,26

Х

0,053

0,036

0,3134

0,139

0,40

bэфф

1,96

2,65

2,64

0,10

0,07

0,45

0,24

0,533

1,90

1,93

1,55

1,76

1,47

1,87

1,90

1,70

1,92

1,95

1,70

1,82

1,53

0,11

0,51

0,02

В работе [11] не разделялись методы расчёта однородных и составных подкреплений: расчет производился по теории оболочек. Однако дальнейшие исследований показали, что необходимо такое разделение учитывать. Составные подкрепления, в которых длинная оболочка заменяется эквивалентным кольцом и сопрягается с накладкой, необходимо рассчитывать по теории кольца. В рассматриваемых примерах варианты “а”, “б”, “г” рассчитываются по теории оболочек. Варианты “в” и “д” – по теории кольца. При этом в относительную жёсткость оболочки включается относительная жёсткость накладки, формируя составное кольцо. Теория оболочек в данных вариантах не работает.

Порядок расчета по теории цилиндрических оболочек.

Определяется параметр оболочки

Определяются параметры заделки n и К

Находится эффективная высота оболочки

Определяется параметр относительной жёсткости оболочки

Радиальные напряжения в пластине

Окружные напряжения в пластине

Окружные напряжения растяжения в оболочке

Окружные напряжения изгиба в оболочке

Порядок расчёта по теории кольца (составные подкрепления). Определяется относительная жёсткость накладки

         R' = R0 + a,                   hк = hн + h.

Жёсткость составного кольца

Х = Х0 + Хк.

Радиальные напряжения в пластине

Окружные напряжения в пластине

Окружные напряжения растяжения на оси подкрепления

         

Окружные напряжения растяжения на свободном контуре подкрепления

Результаты расчёта вариантов подкреплений приведены в табл. 4.2 применительно к конструкции сопряжения трубы 530´8 (сталь 7ГС, Т = 360 Н/мм2, В = 520 Н/мм2) с пластиной.

Анализ данных таблицы показывает, что увеличение общей толщины пластины не приводит к снижению окружных напряжений в оболочке, а изгибные возрастают.

Установка накладки приводит к снижению окружных направлений, так как возрастает жёсткость подкрепления.

Более выгодны с точки зрения снижения концентрации напряжений вариант, в котором установлена подкрепляющая оболочка совместно с накладкой.

Аналогичной оценку прочности сопряжений можно провести для случая установки патрубка в боковой поверхности сосуда.

Для сопоставления расчётов с экспериментом примем исходные данные опытного сосуда Е.Т. Кренча [11] (рис. 4.5). При давлении 1,4 Мн/м2 с помощью тензодатчиков омического сопротивления с базой 6,4 мм определялись окружные мембранные и изгибные напряжения в обечайке близ выреза и в патрубке близ его основания. Мембранные напряжения определялись в главной плоскости обечайки (т. 1), изгибные во взаимоперпендикулярной плоскости (т. 2).

Рис. 4.5. Схема сосуда, испытанного Е.Т. Кренчем (размеры в м)

Здесь после определения параметров , n, k, x дальнейший расчёт проводился по формулам (2.88) и (2.89). Сопоставление результатов приведено в табл. 4.3 (данные в Мн/м2). Видно, что установка фланца в два раза снижает напряжения как в оболочке, так и в патрубке. Погрешность расчёта и эксперимента 11-17%.

Таблица 4.3