Выбор конечных элементов для расчета нефтяных аппаратов - Константин Владимирович Ефанов

В настоящей работе в рамках обмена опытом между специалистами рассмотрен важный вопрос выбора форму конечных элементов для расчета методом конечных элементов в программном пакете нефтяных и газовых аппаратов, атомных аппаратов.

Форма конечного элемента определяется теорией, используемой для построения элемента и выполнения математического расчета.

Теория, применяемая для расчетов оболочек, выбирается по толщине оболочки и по результатам сравнения теорий между собой по физической и теоретической обоснованности.

Теориями расчета являются теория оболочек типа Кирхгофа-Лява или Тимошенко, теория упругости в виде осесимметричной или трехмерной задачи.

Реализация расчета обеспечивается математическим обеспечением для элементов определенной формы. В целом по стадиям алгоритм расчета методом МКЭ одинаков для плоских и трехмерных КЭ: дискретизация пространства и тд.

Знание теории и правильный выбор форму конечного элемента обеспечивают получение корректных результатов описания реального «поведения» оболочки аппаратов.

Работа предназначена для специалистов, занимающихся расчетами нефтяного и газового статического оборудования, атомных сосудов, конструкторам аппаратов, инженерам-«монтажникам» трубопроводов, конструкторам КМ резервуаров.

В настоящее время конструкции оболочек корпусов строительных конструкций и машиностроительных изделий рассчитываются на прочность методом конечных элементов (МКЭ) в специальных программных пакетах таких как ANSYS.

В расчетных программах перед построением конечно-элементной сетки выбирается форма конечных элементов (КЭ).

Выбор формы КЭ является сложной теоретической задачей и определяет корректность результатов расчета.

В программах заложен определенный набор форм КЭ, из которых приходится выбирать. Авторы, например, Клочков Ю.В. [1] приводят специальные формы КЭ, однако на практике используются те, которые доступны в программном пакете.

Для выбора КЭ и выполнения расчета требуется хорошее знание теории упругости, теории пластичности, теории оболочек, математических основ метода конечных элементов.

Выбор КЭ должен иметь строгое теоретическое обоснование для решения конкретной прикладной задачи. Некорректно выбирать только плоские КЭ на основании того, что оболочка является тонкостенной, то есть по соображениям стенка тонкая и КЭ тонкий. В теории оболочек к тонкостенным относят оболочки с отношением толщины стенки корпуса сосуда (аппарата) к диаметру до 0,1. Этим коэффициентом определяется точность теории тонких оболочек [2] и проводится условная граница между тонкими и толстыми оболочками. Также выделяют оболочки средней толщины.