3.4 Расчет оболочки, нагруженной наружным давлением
Толщина стенки определяется приближенно.
Коэффициент запаса устойчивости nу=2,4.
Модуль
Вспомогательный коэффициент[2]
Высота обечайки
Расчетная длина обечайки в случае эллиптических крышки и днища
Где малая полуось эллипса H=540мм
По номограмме [ 2 ] : К2=0,59.
Расчетное значение
Ближайшая толщина из сортамента с учетом прибавки на коррозию S=16-0,8.
Проверяем допускаемое наружное давление.
Допускаемое давление из условия прочности:
Вспомогательный коэффициент:
Допускаемое давление из условия устойчивости
Определяем допускаемое наружное давление
3.4.1 Толщина стенки стандартного эллиптического днища, работающего под наружным давлением.
Sэ=max {7,73;3,27}+2=7,73+2=9,73
Принимаем
.
3.4.2 Расчет конического днища.
Высота корпуса
Предварительно определяем толщину стенки, считая её цилиндрической оболочкой. L=1м.
.
По номограмме [
2 ]
.
Принимаем
Допускаемое давление из условия прочности.
Внутренний диаметр нижнего штуцера
.
Расчетная длина
Расчетный диаметр конической обечайки
Коэффициент
Допускаемое давление из условия устойчивости:
Допускаемое наружное давление для конического днища:
4. Расчет корпуса химического реакционного аппарата с учетом сложности формы в Системе apm win Machine
4.1 Построение корпуса химического аппарата в модуле арм Studio
Повышение качества создаваемого механического оборудования и конструкций необходимо связывать, прежде всего, с уменьшением их веса и стоимости, повышением надёжности и улучшением ряда других характеристик. В настоящее время актуальна проблема сочетания в процессе проектирования двух взаимоисключающих тенденций: экономии материала, с одной стороны, и обеспечение требуемых прочностных характеристик конструкций, с другой стороны.
Аналитические методы расчета корпусов химических аппаратов основаны на расчетных моделях гладких оболочек. При этом в аппарате на прочность и устойчивость рассчитываются обечайка, крышка и днище как отдельные элементы [1, 2]. В данном разделе рассматривается вопрос повышения точности расчетов на прочность, устойчивость и колебания химических реакционных емкостных аппаратов путем рассмотрения корпуса аппарата как единой системы и с учетом присутствия люков, штуцеров, фланцев, опор и привода. Для этого была использована система APM WIN Machine, расчетно-графические модули которой Studio и Structure 3D основаны на численном методе конечных элементов (МКЭ).
Для полноценного конечно-элементного анализа необходимо:
Изобразить модель проектируемого объекта в трехмерном пространстве;
Провести разбиение модели на конечные элементы;
Выполнить весь комплекс необходимых вычислений;
Визуализировать полученные результаты и корректно интерпретировать их с целью принятия правильных конструкторских решений.
Для создания модели корпуса по полученным в аналитическом расчете данным (толщина, диаметр и др.) выполняем следующие шаги:
Вычерчиваем образующую цилиндрической обечайки
Вычерчиваем четверть эллипса – верхнюю крышку
Вычерчиваем образующую конуса – коническое днище
В результате получаем образующую будущей модели нашего аппарата.
Затем вращением вокруг своей оси образующей получаем наглядную объемную модель, представленную на рисунках 1,2.
Корпус аппарата вычерчивался в следующей последовательности усложнения формы: гладкая оболочка (рисунок 2); оболочка с фланцем; оболочка с фланцем и люком; оболочка с фланцем, люком и опорами лапами (рисунок 3). Поверхность корпусов представлялась конечно-элементной сеткой с числом элементов nкэ. На рисунке 4 показана конечно-элементная сетка корпуса с фланцем, на рисунке 5 – конечно-элементная сетка корпуса с фланцем и люком
Корпуса шарнирно закреплялись в местах четырех опор-лап. Далее производился расчет на прочность, устойчивость и собственные частоты в модуле APM Structure 3D.