4.2 Отладка работы с модулем structure 3d

Отладка работы модуля Structure 3D проводилась в расчете оболочки стального корпуса (рисунок 2) с толщиной листа S =16мм. Для данных габаритов аппарата и режима его работы большая толщина стенки требуется из условия сохранения устойчивости корпуса при воздействии внешним избыточным давлением охлаждающей жидкости в окружающей корпус рубашке и вакууме внутри аппарата, необходимого для протекания реакции.

На рисунке 6 представлены результаты расчета коэффициента запаса устойчивости n_уст в зависимости от n_кэ при перепаде внешнего давления Р_нар = 1МПа, (кривая 1).

Очевидно, что при n_кэ >2000 значения n_уст мало отличаются друг от друга, то есть достигают предельного значения. При n_кэ = 3576 (шаг 125 мм) n_уст= 2,181 следует принимать достаточно близким к точному. При числе n_кэ>4000 время работы ЭВМ Pentium 4 значительно возрастает (пунктирный участок кривой), что говорит о том, что возможности данного типа компьютера по быстродействию и памяти исчерпаны.

Рисунок 2. – Корпус аппарата как гладкая оболочка построенная в модуле Studio.	Рисунок 3. – Корпус аппарата как оболочка с фланцем, люком и опорами-лапами в модуле Studio.
Рисунок 4. – Конечно –элементное разбиение корпуса с фланцем.	Рисунок 5. – Конечно –элементное разбиение корпуса с фланцем и люком.

Рисунок 6. – Зависимость коэффициента запаса устойчивости n_уст от числа конечных элементов n_кэ по результатам расчета в модуле Structure 3D (кривая 1). Линии 2 и 3 представляют значения n_уст из аналитического расчета.

Достоверность расчета была подтверждена сравнением с результатами аналитических расчетов по методике [1, 2]. Расчетная длина обечайки с эллиптической крышкой и коническим днищем

. (1)

Подстановка определила L_R =2633 мм.

Вспомогательные коэффициенты:

В₁=min{1,0;}=1,0.

Коэффициент запаса устойчивости

(2)

Подстановка аргументов определила значение (прямая 3 на рисунке 6).

Согласно данной методике расчетная длина, учитывающая наличие эллиптической крышки и конического днища составила от длины обечайки =157%. Формулы (1) и (2) лишь приближенно оценивают влияние крышки и днища на устойчивость обечайки корпуса химического аппарата. Численный метод модуляStructure 3D позволяет рассчитывать корпус аппарата на устойчивость более точно, как конструкцию в целом. Аналитический расчет запаса устойчивости данного корпуса при задании расчетной длины, составляющей 110% от длины обечайки показал . (прямая 2 на рисунке 6). Такое приближение к результату численного расчета устойчивости говорит о том, что аналитический расчет дает несколько заниженные коэффициенты запаса устойчивости корпусов химаппаратов.

4.3 Расчет корпуса аппарата на устойчивость с учетом сложности формы

Далее расчеты на устойчивость и прочность данного типоразмера гладкого корпуса аппарата (рисунок 1) были продолжены для режима работы Р_нар =Ppн= 0,4 МПа и внутреннего избыточного давления Р_вн =Pp=0,8 МПа.

Вспомогательные коэффициенты:

,

где предполагаемый запас устойчивости n_yст= 2,4. Модуль Юнга Е = 2·10⁵ МПа;

.

Вспомогательный коэффициент по номограмме [2]К₂=1.