Методы расчета на прочность

Предисловие

Энергооборудования

Металл элементов высокоэнергетического оборудования обычно работает в тяжелых условиях повышенных давлений, больших температур и ра­диации. Энергетические установки вынуждены работать длительное вре­мя (годами), в течение которого в основном параметры не изменя­ются. Однако в процессе работы возможны пуски и остановы оборудо­вания, когда изменяются параметры рабочей среды. Радиация металла реактора накапливается со временем. Таким образом, все виды разрушений металла, которые возможны в природе, встречаются при работе эле­ментов энергетики и атомного реактора. Оценка прочности элементов энергооборудования производится по следующим предельным состояниям:

а) разрушение (вязкое и хрупкое);

б) пластическая деформация по всему сечению детали;

в) потеря устойчивости;

г) возникновение остаточных изменений формы и размеров, при­водящее к невозможности эксплуатации конструкции;

д) появление микротрещин при циклическом нагруженнии.

При расчете на прочность деталей энергооборудования основными рас­четными нагрузками являются:

1. внутреннее и наружное давление;

2. собственная масса изделия и его содержимого;

3. дополнительные нагрузки (изоляция трубопроводов, мас­са других элементов и т.д.);

4. реакция опор и трубопроводов;

5. температурные воздействия.

Существует несколько расчетных случаев, которые должны учиты­ваться при расчете на прочность:

а) пуско - остановочные процессы;

б) стационарный режим;

в) изменение мощности;

г) нарушение нормальных условий эксплуатации;

д) аварийная ситуация.

За основу принимается стационарный режим, однако учитываются и другие факторы изменения стационарной нагрузки с помощью дополнительных коэффициентов, учитывающих запасы по нагрузкам.

Все элементы ПГ и реактора, рассчитываются по рабочим напря­жениям (стационарный режим), которые не должны превышать допускае­мых напряжений. Допускаемое напряжение - это критерий прочности материала, отнесенный к коэффициенту запаса прочности. Величина коэффициента запаса прочности зависит от возможных отклонений ре­жимов работы элементов ПГ и от точности определения величины рабо­чих напряжений по расчетным формулам. Следует иметь в виду, что при выводе большинства расчетных формул путем решения задач тео­рии упругости или пластичности делаются отдельные допущения, которые приводят к отклонениям от истинных значений прочности де­талей.

5.3. Основы расчёта на прочность цилиндрических сосудов.

В настоящее время известны четыре метода расчета на прочность цилиндрических сосудов.

1. Метод наибольших нормальных напряжений, т.е. при сложнонапряженном состоянии узла за критерий прочности выбирается наибольшее нормальное напряжение. Для сосудов обычно таким напряжением является танген­циальное (рис.5.1), но иногда может быть выбрано аксиальное напряжение .

Рис.5.1. Напряжения действующие на цилиндрический элемент

Эта теория недостаточно точно определяет прочностные свойства узла (особенно для пластичных материалов), но она наиболее старая и поэтому до сих пор находит применение в энергетике, в технике для малонапряженных деталей.

2. Метод наибольших деформаций. Он основан на том, что течение пластического материала наступает тогда, когда наибольшая деформация становится равной деформации, при которой материал начинает течь при простом растяжении или, наоборот, при сжатии. Основ­ное уравнение второй теории прочности является

где - коэффициент Пуассона,

σ_r - радиальное напряжение.

Эта теория широко применяется в общем машиностроении и редко в энергетике.

3. Метод наибольших касательных напряжений наиболее хорошо согласуется с экспериментом, чем первые два метода применительно к пластичным материалам. Считается, что течение материала при сложнонапряженном состоянии начинается тогда, когда достигаются наибольшие касательные напряжения, имеющие место при достижении предела текучести при одноосном напряженном состоянии. Касательные напряжения записываются как полуразности между наибольшим и наимень­шим основными напряжениями

, когда

или , когда

4. В настоящее время общепринято, что сложнонапряженное состояние пластических материалов наиболее точно характеризует энергетическая теория прочности. Эта теория исходит из положения о том, что опасное состояние материала зависит от величины потенциальной энергии, накапливаемой при деформации в единице объ­ёма этого материала. Эта теория может быть выражена уравнением:

.

Считается однако, что энергетическая теория прочности приво­дит к занижению действительных напряжений примерно на 5 – 7 %.

При низких давлениях и температурах пара выбор той или иной теории расчета на прочность оказывает мало влияние на результаты расчета. При увеличении параметров среды расхождение в результатах расчета становится существенным. Как показывают опыты, энергетическая теория прочности даёт наиболее лучшую сходимость по сравнению с другими теориями. Поэтому в энергетике все расчеты на прочность ведут основываясь на этой теории.

Дата добавления: 2013-12-13