Численное исследование нелинейного изгиба разрывных предохранительных мембран под действием давления и температуры рабочей среды

М.С. Ганеева, В.Е. Моисеева, З.В. Скворцова

Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН, г. Казань, 420111, Россия

Полный текст PDF

Аннотация

Численно исследовано нелинейное деформирование тонких сплюснутых эллипсоидальных сегментов под действием давления на их вогнутую поверхность нагретой или охлажденной рабочей среды. Анализ напряженно-деформированного состояния сегментов проведен с точки зрения применения их в качестве разрывных предохранительных мембран. Исследовано деформирование мембран в широком диапазоне температуры действующей среды. Рассмотрены конструктивные варианты мембраны без ограничения перемещения в полюсе и мембраны с разрывающим штоком, расположенным на некоторой высоте над полюсом недеформированного купола. Показано, что при отсутствии штока эллипсоидальный сегмент не отвечает условиям срабатывания предохранительных мембран. При наличии ограничения перемещения в полюсе сегмент может быть применен в качестве предохранительной мембраны взрывоопасного аппарата. Установлено, что с повышением температуры при неизменном положении разрывающего штока мембрана срабатывает при меньшем давлении. Проведено сравнение результатов, полученных для эллипсоидальных и сферических сегментов, имеющих одинаковые основания и высоту полюса над основанием. Установлено, что при одинаковой температуре технологической среды и одинаковом положении штока разрывное давление предохранительной мембраны, выполненной в виде эллипсоидального сегмента, значительно ниже по сравнению с разрывным давлением сферического сегмента близкой геометрии.

Ключевые слова: разрывные предохранительные мембраны, эллипсоидальный сегмент, давление, температура, нелинейный изгиб

Литература

1. Ольховский Н.Е. Предохранительные мембраны. – М: Химия, 1976. – 149 с.
2. Ганеева М.С., Ильгамов М.А., Моисеева В.Е. Нелинейный изгиб плоских предохранительных мембран под действием давления жидкости и температуры // Изв. Уфим. научного центра РАН. – 2014. – № 2. – С. 41–47.
3. Ганеева М.С., Моисеева В.Е., Скворцова З.В. Нелинейный изгиб разрывных сферических предохранительных мембран под действием давления и температуры // Экол. вестн. науч. центров Черноморского экон. сотрудничества. – 2016. – № 2. – С. 37–45.
4. Ильгамов М.А. Статические задачи гидроупругости. – Казань: Ин-т механики и машиностроения КазНЦ РАН, 1994. – 208 с.
5. Ганеева М.С., Ильгамов М.А., Моисеева В.Е. Устойчивость сферического сегмента, нагруженного давлением сжимаемой жидкости // Проблемы прочности и пластичности. – 2009. – Вып. 71. – С. 71–76.
6. Григолюк Э.И., Кабанов В.В. Устойчивость оболочек. – М.: Физматлит, 1978. – 360 с.
7. Krivoshapko S.N. Research on general and axisymmetric ellipsoidal shells used as domes, pressure vessels, and tanks // Appl. Mech. Rev. – 2007. – V. 60, No 6. – P. 336–355. – doi: 10.1115/1.2806278.
8. Коваленко А.Д. Основы термоупругости. – Киев: Наукова думка, 1970. – 307 с.
9. Thornton E.A. Thermal buckling of plates and shells // Appl. Mech. Rev. – 1993. – V. 46, No 10. – P. 485–506. – doi: 10.1115/1.3120310.
10. Ганеева М.С. Термосиловая задача в геометрически и физически нелинейной теории нетонких и тонких оболочек. – Казань, 1985. – 126 с. Деп. в ВИНИТИ 24.06.85, № 4459-85Деп.
11. Капустин С.А. Численный анализ упруговязкопластических процессов деформирования и разрушения конструкций при квазистатических силовых, тепловых и радиационных воздействиях // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2010. – Т. 152, кн. 4. – С. 146–157.
12. Ганеева М.С., Косолапова Л.А. О соотношениях закона Гука в температурной задаче упругого твердого тела // Труды XVII Междунар. конф. по теории оболочек и пластин. – Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1996. – Т. 1. – С. 33–37.
13. Безухов Н.И., Бажанов В.Л., Гольденблат И.И., Николаенко Н.А., Синюков А.М. Расчеты на прочность, устойчивость и колебания в условиях высоких температур. – М.: Машиностроение, 1965. – 567 с.
14. Ильюшин А.А. Пластичность. Ч. I: Упругопластические деформации. – М.; Л: Гостехтеориздат, 1948. – 376 с.
15. Солнцев Ю.П., Ермаков Б.С., Слепцов О.И. Материалы для низких и криогенных температур. Энцикл. справочник. – СПб.: Химиздат, 2008. – 770 с.
16. Новицкий Л.А., Кожевников И.Г. Теплофизические свойства материалов при низких температурах. Справочник. – М.: Машиностроение, 1975. – 216 с.

Поступила в редакцию

13.03.18

Ганеева Музайна Саитгареевна, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории механики сплошной среды

Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН

ул. Лобачевского, д. 2/31, г. Казань, 420111, Россия

E-mail: ganeeva@kfti.knc.ru

Моисеева Валерия Евгеньевна, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории механики сплошной среды

Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН

ул. Лобачевского, д. 2/31, г. Казань, 420111, Россия

E-mail: moiseeva@kfti.knc.ru

Скворцова Зара Владимировна, кандидат физико-математических наук, ученый секретарь

Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН

ул. Лобачевского, д. 2/31, г. Казань, 420111, Россия

E-mail: zara-skvortsova@yandex.ru