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

Trzy naprężenia – Trzy rozwiązane kłopoty

Przypuścimy, ze naszym kodem projektowym jest ASME B31 – 3. Naszym zadaniem jest porównać naprężenia normowe pochodzące z obliczeń analitycznych z pochodzącymi z symulacji. Zajmujemy się opisem rury DN 250 273 x 7,1 o długości 500 mm pod ciśnieniem 2 MPa. Naprężenie obwodowe oblicza się zgodnie z klasyczną teorią Laplace’a podaną w  punktem A842.2.2.  Naprężenie wzdłużne oblicza się zgodnie z punktem A842.2.2. Naprężenie osiowe oblicza się zgodnie z klasyczną teorią Laplace’a. Naprężenie radialne jest pomijane dla cienkościennej rurki ale dla porządku też je obliczyłem. Potem dla sprawdzenia wykonałem symulację tych wartości, które są podane na poniższym rysunku. Różnią się one trochę od wyliczonych analitycznie ale generalnie jest OK.    ...
Read More

Różne kołnierze – Różne pola naprężenia

Połączenia kołnierzowe należą do grupy połączeń rozłącznych. W praktyce projektowej mamy do czynienia z dwoma rodzajami kołnierzy: stałymi i luźnymi. W typowych instalacjach ciśnieniowych w zasadzie wyłącznie używane są różne typu kołnierzy stałych. Kołnierz luźnie z reguły są obecnie używane tylko w instalacjach o bardzo cienkich ściankach rurociągów, gdzie spawanie jest utrudnione, a ciśnienie pracy niewielkie oraz z w miejscach, gdzie często zachodzi konieczność demontażu połączenia. Najważniejsze jest mieć świadomość, że kołnierze stałe, na przykład typ 11 (z szyjką) i typ 12 (nasuwane, ang. slip-on flange)  daję zasadnicze różne pola odkształcenia. Typ 12 powoduje powstanie w dwóch miejscach koncentracji naprężenia, bo do łączenia są konieczne dwie pachwiny. Takie połączenie nie może pracować w warunkach wibracji i zmęczenia materiału. Dodatkowo naprężenie zredukowane Hubera-Misesa są aż 20 % mniejsze w kołnierzu z szyjką niż nasuwanym. Obie symulacje były wykonane dla tej samej średnicy i obciążenia. Poniżej przykład połączenia kołnierzem typ 12 na dużej średnicy, gdzie widoczne są właśnie te dwie spoiny pachwinowe.    ...
Read More

Książka MES i spoiny

"Niezgodności spawalnicze powodują znaczne zwiększenie naprężeń lokalnych. W normach stosowanych do obliczeń wytrzymałościowych, dotyczących na przykład rurociągów, zjawisko to nie jest bezpośrednio ujęte. Jedynym stosowanym podejściem jest używanie kilkunastoprocentowych współczynników bezpieczeństwa, zależnych między innymi od typu spoiny. Zakładanie na etapie projektowania wymaganego poziomu jakości spoin także nie odpowiada współczesnym wymogom bezpieczeństwa, ponieważ służy jedynie do kontroli jakości procesu spawalniczego. W normach stosowanych do projektowania nie ujęto związku pomiędzy poziomem jakości spoiny a zalecanym współczynnikiem bezpieczeństwa. Obecnie, mając do dyspozycji symulacje MES, możliwa jest analiza wartości naprężenia lokalnego. " ...
Read More

Śruba czy pręt gwintowany w połączeniu kołnierzowym

Stara szkoła mówi, że śruby niesprawdzą się przy dużych ciśnieniach w połączeniach kołnierzowych. Chodzi rzecz jasna od miejsce łączenia łba śruby z jej gwintem. Zawsze chciałem zobaczyć to zjawisko, więc zrobiłem symulację dla najbardziej typowej średnicy M16. Okazało się, że jest dokładnie tak jak głosi stara mądrość w branży energetycznej. Naprężenie zredukowane jest odrobinę większe w miejscu śruba/gwint niż w typowej nakrętce. Tu należy zaznaczyć, że stosując nakrętkę wysoką lub dwie standardowe naprężenie w gwincie znacznie spadnie. Jak widać na zdjęciu nawet dla klasy #150, w więc stosunkowo niskiej wszędzie są pręty i nakrętki, a nie śruby.      ...
Read More

Linearyzacja naprężenia – po co ?

Metoda ta jest stosowana do oceny ryzyka lokalnego uplastycznienia się materiału elementu ciśnieniowego. Punktem wyjścia jest dobrze znane kryterium energii podkształcenia postaciowego Hubera-Misesa-Hencky’ego (HMH), którego ogólna formuła jest przedstawiona poniżej: W wypadku aparatów ciśnieniowych naprężenia główne używane w tej metodzie to: Naprężenie powłokowe główne ( general primary membrame equivialen stress Pm) Naprężenie powłokowe lokalne ( local primary membrame equivialen stress PL) Naprężenie zginające główne (primary bending stress PB) Naprężenie szczytowe (peak stress PF) W miejscach krytycznych wyznacza się płaszczyzny przecięcie prostopadłe do działania naprężenia powłoki i/lub zginającego. Na tej płaszczyźnie wyznacza się następnie linię, na której będzie prowadzona linearyzacja z reguły według norm WRC. W następnych pięciu krokach wyznacza się: tensory naprężenia powłokowego, zginającego, szczytowego, trzy naprężenia główne na linii linearyzacji oraz kryterium HMH według powyższego wzoru. W końcu porównuje się otrzymane wyniki z każdej ścieżki z naprężeniem dopuszczalnym pochodzącym z normy przyjętej do obliczeń. Tak to wygląda w praktyce:  ...
Read More

184 godzin symulacji naprężenia

Była to bardzo nieliniowa analiza numeryczna stanu naprężeń blach po procesie cięcia termicznego i następnie po procesie ściskania statycznego na poziom naprężeń i odkształceń. A mówiąc w skrócie proces prostowania blachy na prostowarce  FlatMaster® produkcji firmy ARKU Maschinenbau GmbH. Efektem tej symulacji były dwa filmy pokazujące jak dynamicznie zmieniają odkształcenia elastyczne i jak trwałe są odkształcenia plastyczne.   ...
Read More