В результате выполнения операций интегрирования определяются в аналитической форме скалярные компоненты, образующие искомую матрицу изгибной жесткости элемента.

4.2.4. Моделирование статического состояния разъемного соединения

Объедин нная дискретная модель конструкции разъемного соединения состоит из 10176 объемных конечных элементов, 5730 пластинчатых элементов треугольной и прямоугольной формы. На рис. 4.8–4.10 представлены конечноэлементные модели деталей конструкции разъемного соединения трубопровода. Наружная труба подвержена воздействию внешнего атмосферного давления, внутренняя труба нагружена давлением транспортируемого продукта 0,25 МПа, усилие затяжки болтов фланцевого соединения 30 кН.

Осесимметричность нагрузки позволяет при создании модели исследовать половину конструкции разъемного соединения с учетом запрещения линейных перемещений узлов по нормали к плоскости симметрии и запрещения угловых степеней свободы узлов вокруг осей, лежащих в плоскости симметрии.

Рис. 4.8. Конечноэлементная модель внешнего затвора

90

Рис. 4.9. Конечноэлементная модель внутреннего затвора

Рис. 4.10. Конечноэлементная модель болтового соединения

В результате проведенного дискретного моделирования получена картина напряженно-деформированного состояния конструкции разъемного соединения трубопровода (рис. 4.11– 4.14).

Рис. 4.11. Эпюры узловых перемещений во внешней трубе

91

Рис. 4.12. Эпюры узловых перемещений во внутренней трубе

Максимальные напряжения возникают в местах контакта болтов с фланцами и достигают уровня 194 МПа. Наибольшие перемещения имеют узлы внутренней трубы, наиболее удаленные от фланцев (0,01мм). Эпюра распределения контактных сил во фланцевом соединении (рис. 4.13) показывает, что имеет место частичное раскрытие стыка и необходимо предусматривать установку надежного уплотнения (рис. 4.14).

Рис. 4.13. Эпюры напряжений в местах установки болтов

92

Рис. 4.14. Деформированное состояние фланца внешней трубы

Выводы и рекомендации

В результате математического моделирования напряжен- но-деформированного состояния пространственной конструкции разъемного соединения трубопровода для транспортирования криогенного продукта выявлены зоны концентрации напряжений в местах установки болтов на фланцах. Проведенные исследования позволяют сделать вывод о достаточном запасе прочности конструкции разъемного соединения трубопровода с вакуумной изоляцией, в то же время необходимо предусмотреть надежную герметизацию стыка, так как имеются зоны частичного его раскрытия.

93