Metoda Richardsona – czyli jak zrobić dobrą siatkę MES

Badanie przestrzennej zbieżności siatki jest metodą walidacyjną służącą do wyznaczenia takiego sposobu podziału obiektu symulacji, który byłby optymalny z punktu widzenia dokładności wyników przy najkrótszym czasie trwania symulacji. Podstawowym celem dokonania oceny zbieżności siatki jest wykazanie, że wynik obliczeń dla teoretycznego rozmiaru elementu skończonego równego zero nie zależy od wielkości siatki.  Podstawą tej metody jest wykonanie symulacji tego samego elementu z użyciem przynajmniej dwóch różnych typów siatek oraz wykorzystanie ekstrapolacji Richardsona. Polega ona na takim stopniowym zmniejszaniu rozmiaru elementu skończonego, że błędy dyskretyzacji (z pominięciem błędu zaokrąglenia komputera) asymptotycznie dążą do zera. Dla symulacji naprężeń w elementach metalowych dostępne są tylko dwie możliwości: siatka z inflacją oraz siatka tetragonalną. Inflacja siatki jest parametrem określającym stopień jej zagęszczenia w kierunku od powierzchni badanej. Ustawieniu podlega wtedy liczba warstw oraz odstęp między nimi, czyli właśnie inflacja siatki. Wynikiem ekstrapolacji jest wyznaczenie stopnia zagęszczenia siatki oraz teoretycznej wartości naprężenia lokalnego dla elementu skończonego równego zero. Przy zmianie rozmiaru elementu skończonego zaleca się by minimalny...
Read More

Kompensator pękł – poważne błędy w montażu

Podczas hydraulicznej próby ciśnieniowej od strony płaszcza aparatu wystąpiła awaria kompensatora. Aparat znajdował się pod izolacją co uniemożliwiło ocenę jego stanu, a szczególnie stanu kompensatora mieszkowego osiowego, przed rozpoczęciem próby hydraulicznej. Przegląd na miejscu warunków montażu aparatu z kompensatorem wykazał liczne, poważne błędy i niedopatrzenia montażowe, m.in.: - zablokowanie fal mieszków poprzez upchnięcie wełny izolacyjnej oraz siatki stalowej, - zespawanie osłony zewnętrznej kompensatora z uchwytami transportowymi, - brak zwolnienia blokad transportowych, Poniższa analiza opisuje kompensator kolumny benzenowej, która sprawdza potencjalny mechanizm awarii. Dwa przypadki zostały przeanalizowane: - z śrubami ograniczającymi i bez nich. Zastosowano siatkę typu heks zgodnie z ASME. Przy minimalnym rozmiarze elementu wynoszącego 1 mm wygenerowano 5 025 030 węzłów i 1 067 426 elementów. Sprawdzono warunek plastycznej deformacji: σ1+ σ2+ σ3 ≤ 4 s    ...
Read More

Instalacja do produkcji kwasu HF – BHP

Samo wejście na instalację produkcji kwasu fluorowodorowego HF jest wyzwaniem bo jest mocniejszy od wody królewskiej. Zabrakło mi tylko muszki.  W instalacji alkilacji bezwodny (minimum 99,0%) kwas fluorowodorowy jest katalizatorem reakcji alkilowania olefin izobutanem. W procesie na instalacji występuje on w postaci cieczy, która przy uwolnieniu z układu bardzo intensywnie paruje tworząc chmurę gazową. Gaz HF jest niepalny, silnie trujący. Działa drażniąco na drogi oddechowe zarówno w stanie suchym, jak też w postaci mgły z parą wodną. Wywołuje bardzo trudno gojące się poparzenia skóry. Pod względem chemicznym jest gazem trwałym, odpornym na działanie utleniaczy. Ma silne właściwości korozyjne – reaguje z większością metali. Ma charakterystyczną zdolność atakowania szkła, w reakcji tej powstaje gazowy fluorek krzemu. Procesowi rozpuszczania fluorowodoru w wodzie towarzyszy duża ilość wydzielonego ciepła. HF w każdej koncentracji zarówno w postaci cieczy jak i gazu posiada podwójny szkodliwy wpływ na wszystkie tkanki ciała. W roztworze rozpada się na jony wodoru i fluoru. Tak jak i inne kwasy, na przykład kwas siarkowy,...
Read More

Naczynie otwarte czyli jak to robili nasi przodkowie

Podczas wycieczki natrafiłem na kotłownię osiedlową w małym miasteczku. To chyba już jedna z ostaniach instalacji z otwartym naczyniem wzbiorczym zaprojektowanym zapewne według PN-70 B-02413. W tamtych czasach nie było jeszcze "przeponówek". Pamiętam, że na zajęciach miałem ćwiczenia z obliczenia grawitacyjnych instalacji grzewczych właśnie z takim otwartym naczyniem. Miała ona jednak jedną przewagę nad współczesnymi: pracowała bez pompy czyli do ogrzewania budynku ( nawet 10 piętrowego ) nie potrzeba było prądu.   ...
Read More

Spawać punkt stały czy nie ?

Są takie pytania, które każdy pokolenie inżynierów musi, nie wiedzieć czemu, zadawać na nowo.  Jednym z takich jest: spawać punkt stały do ramy podpory czy też nie ? Osobiście nigdy nie spawałem i zawsze używałem tak zwanych Line Stop-ów, czyli blokad przesuwu osiowego. Zawsze też dawałem szczelinę, z reguły wynoszącą 3 mm. Najlepszy układ kompensacji wydłużenia termicznego rurociągu to taki, który będzie utrzymywał naprężenia poniżej normowych i jednocześnie posiadał najniższą energię potencjalną wytężonego w warunkach pracy rurociągu. Aby to sprawdzić wykonałem dwie symulacje: podpory z LS i spawanej. Rurociąg był przesuwany osiowo 2 mm. W wariancie z Line Stop dałem szczelinę 1 mm. Intuicyjnie wiadomo, że energia w systemie zespawanym powinna większą. I tak też wyszło, bo różnica była dwukrotna.      ...
Read More

Ciemna strona pachwiny

Podstawowym wnioskiem z wykonanej symulacji jest obserwacja specyficznego kształtu pola naprężeń w spoinie pachwinowej, które może generować koncentrację naprężeń lokalne przekraczające granicę plastyczności. Kształt izolinii naprężenia dla spoiny czołowej charakteryzują się one łagodnym przejściem na linii: ścianka belki – spoina – blacha. Jest to wynikiem tego, że przy założonym w symulacji typie kontaktu, siły i momenty są przekazywane przez węzły elementów skończonych bez żadnych przeszkód. W przypadku spoiny pachwinowej nie ma trwałego kontaktu pomiędzy ścianką belki a blachą, zatem nie ma takiego typu kontaktu. Jest jedynie styk pomiędzy tymi elementami. To zjawisko właśnie jest podstawową przyczyną kształtów izolinii naprężenia pokazanych na rysunku 11. Jeżeli w warunkach statycznego rozciągania następuje lokalne uplastycznienie się materiału, to  należy przypuszczać, że w warunkach normalnej eksploatacji o charakterze zmęczeniowym spoina pachwinowa w złączu teowym będzie pękać w jednym z trzech newralgicznych punktów. Zjawisko to przedstawiono na rysunku poniżej. ...
Read More

Od opływu rury do jej naprężenia

Wreszcie ! Już jest technologia symulacji łącząca mechanikę płynów i naprężenia. Sprawdziłem ją na prostym przykładzie z branży subsea. Prąd morski o prędkość 1 m/s na dnie oceanu (400 m ) opływa prostopadle rurę rozdzielacza gazu Dn 500. Z tego miejsca już bliziutko do wyznaczenia częstotliwości własnej oraz zbadania jak to się ma do częstotliwości wirów za rurą, znaczy się czy istnieje niebezpieczeństwo wpadania w rezonans. Ten projekt jest w trakcie spawania ale taka symulacja nie była wtedy zrobiona. Były za to tylko szacunki w/g DNV. To jest model To są wyniki prędkości z symulacji mechaniki płynów I potem wyniki z mechaniki płynów były danymi do symulacji naprężenia  ...
Read More

Spawanie na czynnym gazociągu DN 1000

Czasem trzeba spawać taki trójnik na czynnym gazociągu DN 1000. Takie ćwiczenie: o ile trzeba zmniejszyć wydatek w gazociągu, aby można rozgrzać strefę spawania do 100C ?  W gazociągu płynie 1 000 000 Nm3/h. Trójnik jest na lewo od namiotu. Trójnik, aby go dospawać na gazociąg trzeba stosować ogrzewanie matami, bo w przepływ gazu w tak dużej ilości skutecznie odbiera ciepło na skutek konwekcji wymuszonej w strefie ograniczanej. Od strony zewnętrznej jest za to konwekcja niewymuszona do przestrzeni nieograniczonej oraz wymiana ciepła przez promieniowanie.    ...
Read More