Termomehanički naponi cevovoda i posuda

Predmet istraživanja ove monografije je naponsko i deformacijsko polje u prodoru cilindričnih površina nosećih struktura, kao najčešćeg oblika diskontinuiteta geometrije cilindričnih površina, pod dejstvom termomehaničkog opterećenja. Analizom fizičkog modela, na velikom broju realnih konstrukcija, zaključeno je da linija prodora cilindričnih površina leži u ravni ili u prostoru.

Analizirano je više modela neravnoteže membranskih sila a na liniji prodora, ili blizu nje, postavljeni su različiti oblici ojačanja koja obezbeđuju njihovu ravnotežu. Tako se svi analizirani modeli mogu podeliti u dve grupe. U prvoj grupi modela linija prodora cilindričnih površina je u ravni, kao što je slučaj kod cevnih račvi istog poprečnog preseka, a granične membranske sile preuzimaju različiti konstrukcioni oblici ojačanja koja su postavljena u tim prodorima. U drugoj grupi modela linija prodora cilindričnih površina je u prostoru, kao kod cevnog priključka, po kojoj se, analogno prethodnom slučaju, postavljaju ojačanja različitog oblika ili u njenoj neposrednoj blizini.

U ovom radu korišćene su teorijske i eksperimentalne metode. Prikazan je fizičko-matematički model za određivanje sila koje se javljaju na liniji prodora radi dimenzionisanja ojačanja. Analitički postupak zasnovan je na zakonima bezmomentne teorije ljuske. Dimenzionisanje rebra u ravni rađeno je primenom teorije krivog grednog nosača.

Numerička analiza obavljena je metodom konačnih elemenata, korišćenjem programskog paketa KOMIPS. Analizirano je naponsko stanje za različitu geometriju prodora cilindričnih površina koje su opterećene termomehaničkim opterećenjima. Opseg prečnika ovih površina i njihov odnos, kao i ostale geometrijske veličine odabrane su prema realnim uslovima njihovog korišćenja. Numerička analiza čvrstoće rađena je za prodor dva cilindra pod uglom od 90° i 45° sa ojačanjem u obliku ploče ili cevi, kao i za rebro u prostornoj krivoj i konusno ojačanje. Izloženi su i rezultati numeričke analize za cevne i kotlovske račve. Ovom metodom određeno je naponsko i deformacijsko polje na diskontinuitetima geometrije analiziranih modela. Urađena je i optimizacija modela koja podrazumeva određivanje procentualnog učešća membranskih i savojnih napona, normalnih i tangencijalnih, kao raspodela energije deformacije i relativne energije deformacije po grupama elemenata strukture, što ukazuje na tok opterećenja i delove strukture koji prenose, odnosno nose opterećenje. Ovo je jedan od pokazatelja za modifikaciju konstrukcija i traženja njenog konačnog rešenja.

Eksperimentalna analiza rađena je primenom ekstenzometrijskih metoda: merne trake i mehaničkih ekstenzometara. Tako su dobijene lokalne deformacijske veličine cevne račve koja je ispitivana u laboratorijskim uslovima. Na izabranom modelu, iste geometrije i opterećenja, koji je korišćen u numeričkoj analizi izvršena su merenja deformacija u više ravni i više pravaca u pojedinim ravnima, koje su kasnije preračunate u napone. Na taj način verifikovani su rezultati numeričke analize primenom postupka za kompjutersko modeliranje i proračun struktura KOMIPS.

Dati su karakteristični primeri realizovanih projekata na sanaciji cevovoda, cevnih račvi, posuda i kotlova. Nakon tih sanacija postrojenja i uređaji uspešno rade.

Za sve karakteristične modele diskontinuiteta geometrije cilindričnih površina urađen je proračun primenom domaćih standarda metodom redukovanih površina, a dobijeni rezultati su upoređeni sa dobijenim rezultatima drugih metoda.

Ovaj rad ima cilj da analizom diskontinuiteta geometrije cilindričnih površina ukaže na konstrukciona rešenja i metodologiju rešavanja problema koncentracije napona kod ojačanja koja se najčešće koriste pri prodoru dva cilindra. U radu je izložen i kritički odnos na nedostatke, ograničenja i nivo dobijanja napona primenom jugoslovenskih standarda za proračun čvrstoće cilindričnih površina pod pritiskom.

Kao konačan rezultat izložen je razvijeni pristup ponašanja čvrstoće opterećene konstrukcije na diskontinuitetima geometrije cilindričnih površina.