Регрессии для расчета максимальных напряжений на вмятинах цилиндрической обечайки сосуда, работающего под давлением

Данильцев Николай Николаевич / Danil'cevNikolajNikolaevich– кандидат технических наук, доцент,

 кафедра машиностроения и материаловедения, Омский государственный технический университет;

Данильцев Дмитрий Николаевич / Danil'cevDmitrijNikolaevich – эксперт, ООО «Экспертная компания «Октябрь», г. Омск

Аннотация: в статье рассматриваются вопросы расчета вмятин на цилиндрических обечайках сосудов давления. Предложены формулы для расчета максимальных напряжений на вмятинах обечайки сосуда диаметром 2200 мм и толщиной стенки 8 мм из стали 09Г2С. Даны сравнения полученных результатов с существующей методикой расчета по ГОСТ Р 52857.11-2007. Показано, что напряжения определенные на вмятинах цилиндрических обечаек с помощью метода конечных элементов значительно ниже, нежели определенные по ГОСТ Р.

Ключевые слова: вмятина, цилиндрическая обечайка, сосуд, работающий под давлением, расчет методом конечных элементов, максимальные напряжения на вмятине.

УДК 621.791.052.539.4.014

В практике технического диагностирования (экспертизы промышленной безопасности) сосудов, работающих под давлением, нередки случаи, когда сосуд, отработавший нормативный срок службы, приходилось выводить из эксплуатации из-за наличия на нем вмятины, недопустимой по расчету на прочность размеров, хотя эта вмятина на сосуде образовалась еще до начала эксплуатации (при монтаже, либо при транспортировке сосуда к месту монтажа), а сосуд отработал нормативный срок эксплуатации. Расчет таких дефектов на сосудах и заключение о их допустимости производятся по ГОСТ Р 52857.11-2007 [1]. Ранее нами были рассмотрены особенности концентрации напряжений на вмятинах сосудов давления. Данная статья посвящена вопросу расчета вмятин на цилиндрической обечайке воздушного ресивера объемом 25 м³. Расчет выполнялся конечно-элементным методом моделирования обечайки внутренним диаметром 2200 мм, высотой 1400 мм и толщиной 8 мм изготовленной из стали 09Г2С по ГОСТ 19281-89. Обечайка нагружалась внутренним избыточным давлением 0,784 МПа (8 кгс/см²).

Вмятина имитировалась поверхностью сферы, что соответствовало круговой в плане вмятине, фигурирующей в расчете по ГОСТ Р [1, формулы 27]. В качестве изменяемых параметров вмятины использовались радиус в плане вмятины, глубина вмятины и радиус перехода от цилиндрической оболочки к вмятине. В расчетах по ГОСТ Р все перечисленные выше параметры используются, за исключением радиуса перехода к вмятине. Радиус сферы задавался по отношению к цилиндрической оболочке в меридиальном направлении, глубина вмятины – относительно образующей цилиндрической обечайки в направлении к ее оси. Три точки, две на образующей цилиндра (диаметр вмятины) и одна перпендикулярно образующей в направлении к оси цилиндра (глубина вмятины) определяли окружность, которая формировала сферу. Радиус перехода от сферы (вмятины) к цилиндру выбирался по внутренней поверхности обечайки равным 8, 16 и 24 мм. Нами предполагалось, что внутренний радиус вмятины не может быть меньше толщины стенки обечайки (согласно требованиям по гибке листового наклепанного металла, указанного выше [2, с. 424]).