Теория расчета оболочек нефтяных аппаратов

Схема конструкции аппарата, усиленного ребрами по решетчатой схеме:

Описание применения ребристых оболочек – см. работу К.В. Ефанова [20].

Схемы силового взаимодействия и распределения напряжений в пространстве имеют существенные различия для гладких и ребристых оболочек. Ребристая оболочка, полученная установкой ребер на гладкую оболочку минимальной толщины, имеет прочностные характеристики, соответствующие гладкой оболочке с более толстой стенкой (эквивалентная оболочка). Вопрос об эквивалентности ребристой оболочки и более толстой гладкой оболочки рассмотрен в работе В.В. Новожилова [3].

Данные по расчету на прочность и устойчивость решетчатых ребристых оболочек приведены в работах [21–23], по расчету методом конечных элементов – в работе [24].

Установкой ребер жесткости на обечайку с минимальной толщиной по результатам расчетов на прочность и жесткость, можно ещё минимизировать толщину обечайки. Ребристая оболочка с решетчатой схемой ребер имеет минимальную массу.

Конструированию с использованием пространственного силового взаимодействия является бионическим дизайном (из конструкций природы), самого совершенного способа конструирования, созданного Богом-Творцом.

10. Бионический дизайн сосудов и аппаратов

Существует два подхода к снижению массы: повышение механических характеристик материала или повышение пространственного силового и моментного взаимодействия элементов конструкции.

По-видимому в оболочках труб подход по использованию свойств материала развит глубже, чем для аппаратов так как трубы имеют максимально тонкую стенку и максимально высокую прочность (решение обосновывается в минимальной материалоемкости при большом расходе материала на протяженные участки трубопроводов).

С оболочками нефтяных аппаратов по габаритам могут сравниться оболочки корпусов ракет-носителей для космоса. В оболочках ракет-носителей оба подхода развиты наиболее глубоко. В качестве материала использован композит для минимальной массы и применены решетчатые ребра оболочек.

На нефтяных аппаратов, как указано выше, применяются только поперечные ребра (укрепляющие кольца). Введение продольных ребер позволит увеличить механическое взаимодействие и снизить массу аппаратов.

Бионический дизайн можно характеризовать как расположение материала в пространстве с использованием развитого механического силового и моментного взаимодействия в пространстве. По принципу материал только там, где проходят силовые линии.

Природные конструкции имеют минимальную массу при максимальных прочностных показателях. Не удивительно, Бог де творил. Его Ум Прекрасен и чувство красоты.

Бионический дизайн можно характеризовать как расположение материала в пространстве с использованием развитого механического силового и моментного взаимодействия в пространстве. По принципу материал только там, где проходят силовые линии.

Укрепляющие кольца аппаратов колонного типа являются примером применения пространственного силового взаимодействия, характерному для ребристых оболочек.

11. Теория расчета отводов

Отводы находятся в узлах штуцеров, воспринимают внутреннее давление и моменты от трубопровода. Отвод рассчитывается от комбинации нагрузок.

Расчет от внутреннего давления выполняется по теории тонких оболочек по без моментному решению Фёпля для торовой оболочки.

Расчет на изгиб выполняется по Карману в виде расчета изгиба трубы с криволинейной осью. Напряженное состояние в стенках криволинейной трубы отличается от прямых труб за счет вклада от сплющивания стенок. Вследствие чего отводы имеют меньшую жесткость против изгиба.

Коэффициент интенсификации показывает отношение напряжений в прямой и кривой трубах. В нормах на расчет технологических трубопроводов применен именно этот способ. Однако, более точный расчет можно выполнить рассчитав отвод в отдельности от внутреннего давления и на изгиб.

В работе [4] указывается, что в рамках теории тонких оболочек внешнюю нагрузку можно учесть в граничных условиях.

В теории оболочек вместе с торовыми оболочками отводов рассматривается расчет торовых оболочек элементов другого назначения, например, компенсаторов деформаций.

Весьма подробно тематика теории расчета отводов под внутренним давлением и под Авнешней нагрузкой изгибающего момента приведены в работе члена-корреспондента Григолюка [17].

12. Теория расчета фланцев

Теория расчета фланца определяется расчетной моделью фланца.

Расчетную модель фланца можно составить двумя способами:

– 1 способ:

– 2 способ:

На первом способе основана теория в нормативной методики. К расчету по первому способу можно по мнению автора отнести методы Уотерса и Тимошенко.

Расчетная модель второго способа соответствует обечайке с подкрепленным краем. Способ приводится в работе [4] и применен для расчета фланца байонетного затвора горизонтального автоклава. Способ не имеет широкой известности.