[Chernykh]

Добрый день!
Требуется рассчитать сосуд с вмятинами на циклическую прочность.
1) Сосуд представляет собой горизонтальную цилиндрическую обечайку с патрубками и эллиптическими днищами. Вмятины разнообразной формы и размеров. Есть недопустимые.
2) Циклы нагружения состоят в увеличении/снижении давления

Решение-
1) Для расчета будет использоваться ANSYS
2) Расчет необходимо проводить по ПНАЭ Г-002-86, т.к. так гласит РД 421 в 3.9.4.

3.9.4. В случае обнаружения недопустимых дефектов типа вмятин, выпучин, смещения кромок стыкуемых элементов, овальности, а также внутренних дефектов в сварных швах допускается определять их влияние на прочность сосуда расчетом по РД 26-6—87 [14], ПНАЭ Г-7-002—86 [15] или с помощью специальных методов расчетов, согласованных с Госгортехнадзором России, или экспериментально.

3) В ПНАЭ использую формулу 5.25 или 5.20 для оценки допускаемого количества циклов. Однако в одном из параметров фигурирует переменная (Сигма*F)max, которую находят в п.5.3.15. Читая главу 5.3 я плыву, хотя после 10 раза прочтения уже много чего понимаю там.

Вопросы-
1) Прошу внятно разъяснить методику, изложенную в ПНАЭ, применительно к реальным расчетам.
2) В идеале как реализовать это в ANSYS.
3) Есть ли иные пути для решения, например другая НТД?

[zai]

У Вас на самом деле два вопроса:
первый по отчетной документации - дело достаточно сложное и ответственное,
второй по отбраковке сосудов с недопустимыми вмятинами.
Отбраковка сосудов с недопустимыми вмятинами содержит необходимые и достаточные требования.
К необходимым следует отнести повышение напряжений в сосуде. Тогда вычислите отношение максимального рассчитанного напряжения сосуда с вмятиной к рассчитанному напряжению сосуда без вмятины. Считать можно и по пакету Ansys. Число циклов или время назначенного ресурса уменьшатся в не менее чем четверная степень этого отношения.
Отбраковку необходимо проводить также по максимальным пластическим деформациям. Для этого необходимо моделировать процесс образования вмятины.

[Chernykh]

Спасибо за ответ, только я немного понял.
1) Есть литература, где более подробно описано то, что Вы пытаетесь мне объяснить вкратце?
2) не менее чем четвертная...а сколько?это какой то документ?
3) Чтобы узнать число циклов даже в сосуде без вмятины требуется также воспользоваться ПНАЭ, чтобы построить кривую Велера, что возвращает к вопросу про методику.

[zai]

1) Если Вы не знаете как считать максимальное напряжение надо обратиться с этим вопросом в разделе форума "Расчетные программы".
2) Четвертая степень уменьшения числа циклов. Данную степень мне рекомендовал где-то еще в 1980-х годах специалист по ресурсу из ЦАГИ.
3) К вопросу о методике. У каждого сосуда есть паспорт, в котором указан назначенный ресурс. Лучше воспользоваться этими данными без теоретического расчета.

[ETCartman]

http://dwg.ru/dnl/12458 схожая с ПНАЭ методика
перед глазами ПНАЭ нет сейчас, но все методики (есть еще ГОСТ) в принципе похожи
теория описана тут http://dwg.ru/dnl/5113 и http://dwg.ru/dnl/4395
Если кооротко описать о чем это все
1) в расчетах на малоцикловую усталость (которая принципиально от многоцикловой не отличается - просто более общий случай) фигугируют всегда почти деформации а не напряжения. Потому что в концентраторах напряжения превышают предел текучести в локальных зонах и деформации в зоне между s0.2 и сигма временным варьируют в гораздо больших пределах чем напряжения (график сигма-эпсилон пологий потому что) - напряжения как таковые использовать не удобно. Но тут нужно отметить что нормы часто используют условные напряжения вместо деформаций, которые равны эквивалетная деформация * Модуль Юнга. Такие напряжения как правило значительно превышают не только предел текучести но и предел прочности (на то они и условные)
2) в сосудах и аппаратах номинальные фибровые напряжения в обечайках как правило невелики. Вмятины и прочее создают некоторую концентрацию, при этом остаточные напряжения если они есть учитывают в расчетах на уровне предела текучести (поскольку их уровень не переменный то на циклы они влияют мало). Трещины почти никогда не образуются при том уровне концентрации, который есть во вмятинах и пр. - см. 3
3) трещины всегда почти идут от сварочных дефектов, это самый мелкий уровень концентрации. Сварочные дефекты как правило случайны и их не проектируют. Есть такая разновиность расчетов (уже после образования трещины) когда дефект помещается в какую то зону и исследуются уже параметры характеризующие возможность распространения трещины от дефекта (механика разрушения). Для учета острых концентраторов просто применяют коэффициент запаса по циклам и по деформациям (по циклам порядка 5-10 а по деформациям или условным напряжениям - полтора-три)
Тут надо тоже учитывать что есть такая вещь как чувствительность к концентрации, потому если огромное напряжение действует очень локально - оно как правило не приносит вреда
4)программы ansys и прочие - в основном для НДС. схема расчета на усталость там примерно одинакова - задавайте S_N curve и так далее. Все это можно делать и по отдельности, потому что методика изложенная в в таких программах - очень грубая.
5) когда вы сравниваете результаты по разным методикам - то нужно учитывать что "напряжения" о которых говорят в гостах как правило номинальные (без учета концентрации) а напряжения которые вы получаете по МКЭ в чем угодно - с учетом уже всяких концентраций. Просто так не корректно их сравнивать.
Если номинальное до концентрации будет у вас допустим 80 МПа - то с теоретическим коэффициентом концентрации 8 - будет уже 640 МПа, то есть будет зона локальной пластичности и данная величина будет условной.
6) сосуды, химические реакторы и даже фюзеляжи самолетов как правило эксплуатируются длительное время с трещинами. на то - многочисленные методики (РД, МР) и довольно сложная система наблюдения и экспертизы, чтобы устанавливать фактическое состояние, необходимость ремонта в частном случае и прочие вещи, что опасно, что не опасно и насколько можно продлить ресурс. Там совсем другие требования нежели при новом проектировании. Когда не компетентные люди лезут в эту систему с разными арам-зам-замами (типа мониторингов или каких то программ) - может получаться нечто вроде Саяно-Шушенской ГЭС, который домониторили до катастрофического отказа из за усталостного разрушения шпилек (притом что причина была самая что ни есть банальная)