3. Оценка прочности заданной конструкции аппарата

Выполним оценку прочности заданной конструкции аппарата по интенсивности напряжений. Для этого, используя таблицы и графики, полученные с помощью компьютерного расчёта, найдём наибольшее значение интенсивности напряжений на внутренней и внешней сторонах оболочки в каждом элементе.

Рассмотрев график интенсивности напряжений (Рис.1.12 ), выделим две зоны с наибольшими значениями, а именно зону стыка конуса с цилиндром (Элементы №1 и №2) и зону стыка сферы с цилиндром (Элементы №4 и №3).

По таблицам 1.9-1.12 , найдём наибольшее значение интенсивности напряжений на внутренней и внешней сторонах оболочки в каждом элементе, в указанных выше сечениях.

Значения интенсивности напряжений в наиболее опасных точках:

Таблица 3.1

Точки с наибольшим напряжением	, МПа	, МПа
Сфера	513,6	371,0
Цилиндр (стык сфера-цилиндр)	555,1	411,5
Цилиндр (стык конус-цилиндр)	460,4	337,0
Конус	423,6	302,8

По полученным результатам видим, что напряжения в оболчке распределены крайне неравномерно. В зонах сопряжения они превышают безмоментные напряжения в 8 раз, что является недостатком данной оболочки.

Наиболее опасная точка – точка стыка сфера-цилиндр (сечение № 100 ) , находящаяся на внутренней поверхности цилиндрической оболочки в узле сопряжения ее с конической. Значение интенсивности напряжения 555.1 Мпа.

Найдём коэффициент запаса прочности по пределу текучести:

Запаса прочности не хватает, т.о. возникает задача снижения напряжений путём оптимизации конструкции.

4. Оптимизация конструкции сосуда

4.1. Подготовка исходных данных для оптимизации на эвм

Оптимизация - это один из этапов проектирования, на котором при заданных технических, эксплуатационных и других свойствах будущего объекта задан ряд его характеристик, которые должны быть выполнены как можно в более высокой степени.

Главным критерием оптимизации является целевая функция. Целевая функция – это некоторая общая характеристика, позволяющая сравнить между собой варианты конструкции с различными наборами параметров. Для данной оболочки целевой функцией является интенсивность напряжений в узлах сопряжения элементов конструкций. Она зависит от управляемых и неуправляемых параметров. В нашем случае управляемым параметром является радиус тора, а неуправляемым – толщина, длина.

Задача оптимизации решается методом сканирования, это означает, что мы задаем ряд значений управляемого параметра (радиуса тора) и смотри, какие значения принимает при этом целевая функция. Задача состоит в том, чтобы снизить напряжения изгиба в точках сопряжения путем установки дополнительных тороидальных элементов. Расчетная схема оптимизированной оболочки представлена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема оптимизированной оболочки

Оптимизацию данной оболочки на ЭВМ будем производить при помощи программы «Синтез и анализ напряженно деформированного состояния составных конструкций».

Алгоритм выполнения оптимизации заданной оболочки:

1. Запускаем программу с сервера. Файл для запуска: «Shell00.exe».

2. Выбираем меню «Файл», «Открыть» и загружаем нашу оболочку, рассчитанную в п.1.

3. Для сопряжения элементов выбираем: «Оптимизация». Перед нами открывается окно, в котором предлагается ввести номера сопрягаемых элементов, толщину оболочки и радиус тороидальной поверхности.

4. Для сопряжения цилиндра и сферы вводим последовательно следующие данные:

R_{сфера-цилиндр} = 100, 200, 300, 400 мм. ; h=19 мм.

5. Производим расчет оптимизированной оболочки; данные расчета для опасной точки заносим в таблицу 4.1.