Теория расчета нефтяных аппаратов высокого давления | страница 4
По мнению автора, осесимметричная задача в существующем виде должна быть признана некорректной и доработана с учетом написанного выше.
Трехмерная задача теории упругости построена корректно. Оболочка рассматривается как твердое тело, к которому непосредственно прикладывают нагрузки и изучают вызванные деформации и напряжения.
Ниже более подробно рассмотрим применение трехмерной и осесимметричной задач к расчету оболочек корпуса нефтяных и атомных аппаратов.
Затем приведем формулы с обоснованием, используемые в нормах для сосудов высокого давления до 130 МПа и оценку прочности стенки сосудов.
Трехмерная задача теории упругости для полого цилиндра
Трехмерная задача для оболочек цилиндра (задача Ламе) и сферы подробно решена в работе член.-корр. Лурье А.И. [6,с.387].
Лурье А.И. записал краевые условия (давления приняты одинаковыми) [6]:
По краевым условиям находятся постоянные интегрирования уравнений [6]:
Эти уравнения выведены из уравнений перемещения точек упругого тела в осесимметричной задаче, записанного в цилиндрических координатах (как было написано выше, оболочка рассматривается в виде твердого тела и к ней непосредственно прикладываются нагрузки и изучаются деформации и напряжения) [6]:
U – радиальное перемещение, w – осевое перемещение. Расшифровка остальных членов – см. работу [6,с.384].
Для напряжений по закону Гука, Лурье записал [6]:
После выполнения выкладок по краевым условиям, записанным выше, Лурье получает уравнения для цилиндра в задаче Ламе для деформаций (перемещений) и напряжений.
Для деформаций цилиндра без продольного перемещения торцов [6]:
Для напряжений цилиндра без продольного перемещения торцов [6]:
Для деформаций цилиндра со свободным перемещения торцов [6]:
Для напряжений цилиндра со свободным перемещения торцов [6]:
Для деформаций цилиндра под наружным давлением со свободным перемещения торцов [6]:
Для напряжений цилиндра под наружным давлением со свободным перемещения торцов [6]:
На основании приведенных выше формул можно выполнять расчет аппаратов высокого давления до 130МПа по трехмерной задаче теории упругости.
В настоящее время расчет оболочек аппаратов в виде трехмерного твердого тела с определением напряжений и деформаций выполняется методом конечных элементов (МКЭ) в специальных программных пакетах, например, ANSYS
Осесимметричная задача теории упругости для полого цилиндра
Повторно процитируем графику из работы Безухова [2,с.143]:
Уравнения равновесия [2]:
