CC BY
7
В. С. Корнеев, Г. С. Русских, Д.В. Ситников
Омский государственный технический университет, г. Омск
ЧИСЛЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ РЕЗИНОКОРДНЫХ ГИБКИХ ПАТРУБКОВ ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ
В работе проведен численный расчет резинокордного гибкого патрубка, даны рекомендации по использованию резинокордных гибких патрубков и созданию испытательных стендов, исследующих резинокордные оболочки цилиндрического типа.
Патрубки резинокордные рис.1 служат для соединения трубопроводов и технологического оборудования в качестве гибких вставок, вибро- и звукоизолирующих, противоударных устройств, компенсации смещений, а также теплового расширения труб. Предназначены для транспортировки воды, нефти и нефтепродуктов, газа и газоконденсата, различных агрессивных сред. Резинокордные патрубки находятся под внутренним давлением достигающим 10 мпа.
Рис. 1. Патрубок резинокордный со встроенными фланцами:
1 - фланец 2, 3 - резина 4 - кордные слои
В составе оболочки слои обрезиненного корда укладываются перекрёстно под углом /3 = 54°40 к меридиану оболочки, что освобождает наклонные элементарные площадки от касательных напряжений. Данное мероприятие повышает срок службы изделия. Резинокордные патрубки представляют собой многослойный композит, в связи с чем аналитическое решение поведения патрубка под внутренним давлением представляет собой значительные трудности. В связи с чем был проведены расчеты методом конечных элементов в среде ansys\workbench. При проведении расчета слои корда заменяются материалом с эквивалентным модулем упругости
Данные по значениям упругих постоянных резины и капронового корда на основании технических испытаний. Пренебрегая отличием свойств покровной резины от герметизирующей, модуль упругости резины (матрицы), модуль упругости корда (волокна) принимаем:
ЕМ = 6МПа ЕВ = 750МПа
Коэффициенты Пуассона соответственно для резины и корда:
Мм = 0 49 ,
Мв = 0, 45
34
Модуль упругости и коэффициент пуассона восьми прорезиненных кордных слоев рас-
полагаемых под углом
принимаемых как изотропный материал вычисляем путём осреднения методом фойхта.
ЕФ * 95,35МПа Мф * 0,485.
Согласно чертежам создана трех мерная геометрическая модель оболочки состоящей из чередующихся слоев материалов эквивалентных резине, корду и резине. Защемление не рассматривается. Геометрия моделирует равновесное состояние оболочки. Модель представлена на рис.2.
Рис. 2. модель патрубка прн 125-4,0-1000. 1 - слои резины, 2 - слои корда
На базе построенной геометрии генерируется конечно-элементная сетка рис.3 Исходя из допущения о том, что касательные силы между слоями материала меньше сил адгезии для линии контакта тел назначается тип контакта «bonded».к полученной модели применяем следующие граничные условия:
- на обе грани оболочки накладывается граничное условие fixed support;
На внутреннюю поверхность наружного слоя резины прикладывают нагружение в виде давления 10 мпа. Рис. 4.
35
Результаты расчета при внутреннем давлении 10мпа представлены на рис. 5.
А) полное перемещение Б) эквивалентные деформации
Рис. 5. результаты расчета
Результаты расчета показывают значительные сжимающие меридиальные усилия достигающие 100 кн.
Данные усилия необходимо учитывать при установке резинокордных патрубков на трубопроводе или минимизировать путем установки скользящих опор на соответствующем участке.
При создании экспериментальных установок по исследованию жесткостных характеристик патрубков и резинокордных оболочек с фиксированным положением в осевом направлении, так же необходимо учитывать данные усилия при конструировании рамы испытательного стенда. При заглушенных фланцах значение осевого усилия необходимо уменьшить величину распорного усилия возникающего от внутреннего давления, действующего на площадку фланца.
На рис.6 представлен график зависимости осевой стягивающей силы от избыточного внутреннего давления патрубка прн 125-4,0-1000.
избыточное давление, МПа
Рис. 6. график зависимости осевой силы от избыточного внутреннего давления
для патрубка прн 125-4,0-1000
Библиографический список
1. Бакулин, В. Н. Динамические задачи нелинейной теории многослойных оболочек / В. Н. Бакулин, И. Ф. Образцов, В. А. Потопахин. - М. : Наука, 1998. - 463 с.
