Анализ прочности трубопроводных систем
Pipe: расчет элементов трубопроводов
В настоящее время опция является базовой функциональной возможностью конечно-элементного ядра APM Structure3D, являющегося основой программных продуктов APM WinMachine и APM Civil Engineering.
Трубопроводы являются связующим звеном многих объектов в машиностроении, энергетике и строительстве. Они используются в качестве проводящих элементов для транспортировки воды, нефтепродуктов, химических и технических жидкостей, газов и многих других подобных сред.
Как правило, трубопроводы работают при высоких давлениях, как внутренних, так и наружных, при больших перепадах температур, под действием постоянных и переменных во времени сосредоточенных и распределенных силовых факторов. Зачастую трубопроводы протяжены и имеют сложную геометрическую форму.
Трубопроводы в APM Structure3D
Моделирование трубопроводов в виде набора оболочечных конечных элементов малоэффективно из-за резкого возрастания размерности решаемой задачи и, следовательно, времени расчета. Для моделирования трубопроводов программные продукты линейки APM содержат специальный конечный элемент pipe, или «труба», с круглым поперечным сечением.
Моделирование трубопроводов в программных продуктах APM возможно двумя способами:
- моделирование обычными стержневыми элементами с круглым сечением, которым потом необходимо назначить тип конечного элемента «труба»;
- моделирование трубопровода с помощью специальных команд: участок трубы, тройник, отвод, трубопроводная арматура.
Задание нагрузок на элементы трубопровода аналогично заданию нагрузок на линейные конечные элементы.
Отличительной особенностью элементов трубопроводов от других линейных конечных элементов является то, что для них необходимо задать дополнительно «Свойства элементов трубопровода», которые позволяют:
- учесть присоединённую массу жидкой среды. Для этого необходимо задать плотность данной среды;
- учесть присоединённую массу изоляции. Для этого необходимо задать плотность и толщину изоляции;
- учесть внутреннее и/или внешнее давления действующее на элемент трубопровода;
- учесть ослабление прочностных характеристик элементов трубопроводов за время эксплуатации. Для этого необходимо задать допустимую коррозию;
- задать «Загружение» для которого эти свойства будут актуальны.
При моделировании конструкций, в которых трубопроводы использованы в качестве составной части , возможно использование элемента «труба» совместно с линейными, оболочечными и объемными КЭ.
Для элементов «труба» доступны различные типы расчетов:
- статический расчет;
- расчет устойчивости;
- расчет собственных частот и вынужденных колебаний;
- расчет на сейсмическое воздействие.
Результатами расчетов трубопроводов в зависимости от типа проведенного расчета являются: деформационное состояние рассматриваемой конструкции, ее напряженное состояние, температурные изменения, собственные частоты и формы резонансных колебаний, реакции опор, вынужденные колебания, параметры сейсмического нагружения и т.д.
Использование элементов «труба» в программных продуктах АПМ позволяют инженеру-прочнисту существенно сократить время при моделировании и расчете различных задач с трубопроводами.
