Delist.ru

 Влияние геометрических несовершенств монтажных стыков стенки на малоцикловую прочность вертикальных стальных резервуаров (18.09.2007)

Автор: Василькин Андрей Александрович

для повышения надежности и долговечности внутреннего сварного уторного шва необходимо обеспечивать минимальную концентрацию напряжений в зонах сопряжения с основным металлом; недопустимы дефекты сварного шва - подрезы и наплывы; шов должен выполняться с плавным сопряжением;

наружный шов уторного узла можно выполнять в соответствии с общими требованиями к сварным соединениям резервуаров;

с целью повышения долговечности эксплуатации уторного узла на крупных резервуарах рекомендуется проводить экспериментальные исследования.

Определение долговечности узла сопряжения стенки с днищем, одновременно с определением амплитуды меридиональных деформаций для соответствующих величин размахов уровня заполнения резервуара продуктом показало, что для уже построенных резервуаров объемом 20 000 м3 этот узел не определяет долговечность конструкции независимо от режима эксплуатации резервуара. Возникшие в уторном узле амплитуды деформаций оказываются меньше, чем амплитуды деформаций, соответствующие пределу выносливости для всех возможных в процессе эксплуатации размахов уровня заполнения. Отсюда следует, что долговечность узла сопряжения стенки с днищем для вертикальных стальных резервуаров обеспечена независимо от режима их эксплуатации (диссертация П.Г. Почтовика).

Создана математическая компьютерная модель РВС, позволяющая выполнять расчеты конструкции в линейной, геометрически и физически нелинейной постановке и предназначенная для исследования НДС в узлах резервуара при действии горизонтальных и вертикальных нагрузок. В отличие от предшествующих исследований предлагаемая расчетная схема учитывает фактическую геометрическую форму стенки резервуара, а также влияние на нее остаточных сварочных напряжений.

Сравнение полученных в диссертации теоретических значений остаточных пластических деформаций, амплитуды упругих деформаций и остаточных напряжений в стенке резервуара, имеющей геометрические дефекты формы в области монтажного стыка, с известными экспериментальными данными показало хорошую сходимость результатов с разбросом менее 10 %, что свидетельствует об адекватности созданной математической модели.

С помощью данной модели исследовано влияние дефектов геометрической формы и остаточных сварочных напряжений на величину локальных деформаций в монтажном стыке стенки и в уторном узле РВС. При этом использованы данные известных экспериментальных исследований распределения остаточных напряжений по сечению стенки.

Установлено, что сжимающие остаточные напряжения снижают амплитуду пластических деформаций, а растягивающие - повышают. Влияние, которое оказывают остаточные напряжения на пластические деформации, незначительно и находится в пределах 3-4%.

снизилось до 3 раз.

Определены локальные деформации в монтажном стыке стенки резервуара с дефектом геометрической формы от воздействия циклически приложенной нагрузки. Исследования показали, что пластические деформации в такой стенке с учетом физической нелинейности после первых 4-5 циклов нагрузки-разгрузки изменяются на 0,01%, т.е. стремятся к устойчивому режиму упругой работы.

На основе выполненного расчета построены графики, отражающие влияние начального искривления стенки и остаточных сварочных напряжений на характер и уровень напряженного состояния в зоне монтажного стыка стенки, что позволяет оценить усталостную долговечность резервуаров и удобно для поверочных расчетов.

В результате исследований установлены предельно допустимые уровни налива резервуара, обеспечивающие заданный срок эксплуатации при дефектах геометрической формы в зоне монтажного стыка, превышающих допустимые параметры, с учетом циклического воздействия нагрузки на конструкцию.

Показано, что разработанные математическая модель и алгоритм определения локальных деформаций позволяют уточнить существующие методики расчета на малоцикловую прочность резервуаров с геометрическими дефектами формы в области монтажного сварного стыка стенки.

Результаты исследований были использованы при разработке РД 16.01-73.10.00-КТН-010-1-05 «Специальные нормы проектирования и строительства стальных вертикальных резервуаров объемом 100 000 м3».

Акт о внедрении результатов данной научно-исследовательской работы приведен в приложении к диссертации.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Колосков А.Д., Василькин А.А., Колосков Д.А. Обзор исследований НДС стенок цилиндрических конструкций в зонах продольных стыков, имеющих дефекты в форме угловатости. Долговечность строительных материалов и конструкций/Материалы науч.-практ. конф. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2001. – С. 119-126.

Соболев Ю.В., Василькин А.А., Колосков А.Д. Определение напряженно-деформированного состояния стенки с геометрическими дефектами в области монтажного стыка численными методами//Промышленное и гражданское строительство. – 2005. – №12. – С. 44-45.

Востров В.К., Василькин А.А. Оптимизация высот поясов стенки резервуара //Монтажные и специальные работы в строительстве. –2005.–№11.– С.37-40.

Василькин А.А., Колосков А.Д. Расчет напряженно-деформированного состояния стенки резервуара РВС10000 методом конечных элементов. Долговечность строительных материалов и конструкций/Материалы науч.-практ. конф. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2005. – С. 108-114.

Василькин А.А., Колосков А.Д. Обзор исследований по методам ремонта вертикальных стальных резервуаров. Долговечность строительных материалов и конструкций/Материалы науч.-практ. конф. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2005. – С.119-124.

Дорошенко Ф.Е., Фуфаев С.В., Василькин А.А. Остаточные напряжения и пути повышения надежности и долговечности вертикальных цилиндрических резервуаров//Монтажные и специальные работы в строительстве. –2007.–№6.–

деформации, мм

Рис. 1. Схема радиальных отклонений монтажных стыков стенки вертикального стального резервуара:

1 – проектная форма;

2 – отрицательная угловатость («клювик»);

3 – положительная угловатость («домик»);

4 – косунусоидальное искривление.

Рис.4. Изменение амплитуды пластических деформаций в вершине

Рис.2. Билинейная диаграмма работы стали, полученная по данным М.К.Сафаряна

напряжения, Па

загрузка...