КОНЦЕНТРАЦІЯ НАПРУЖЕНЬ В ЗВАРНИХ ШВАХ ВЕРТИКАЛЬНИХ РЕЗЕРВУАРІВ

Автори

Б. В. Успенський, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: Uspensky.kubes@gmail.com, ORCID: 0000-0001-6360-7430

С. М. Буганова, Міжнародна освітня корпорація «Казахська головна архітектурно-будівнича академія» (050043, Казахстан, м. Алмати, вул. Рискулбекова, 28)

У. С. Сулейменов, Південно-Казахстанський державний університет ім. М. Ауезова (160012, Казахстан, м. Шимкент, пр. Тауке хана, 5)

К. В. Аврамов, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: kvavramov@gmail.com, ORCID: 0000-0002-8740-693X

Анотація

У статті описано нову методику аналізу та прогнозування коефіцієнту концентрації напружень в області зварного шва рулонного вертикального резервуару при гідростатичному навантаженні. Вертикальні резервуари широко використовуються для зберігання нафтопродуктів. Використання технології рулонної збірки є розповсюдженим методом швидкого та недорогого монтажу нафтових резервуарів. Однак використання цієї технології при монтажі резервуарів великої ємкості призводить до необхідності використання сталі товстого прокату. В результаті цього виникають суттєві деформації поблизу зварних швів, якими скріплено стальні листи в рулоні. Такі деформації представляють собою концентратори механічних напружень та можуть призвести до пошкодження резервуару. Таким чином, проблема модулювання залежності факторів концентрації напружень від геометричних параметрів дефекту є актуальною та важливою для забезпечення як економічної, так і екологічної ефективності експлуатації нафтових резервуарів, які зібрано рулонним методом. Підхід, який описано в цій статті, базується на поєднанні чисельного експерименту та апроксимаційного підходу. Коефіцієнт концентрації напружень залежить від двох безрозмірних параметрів дефекту, тому описаний метод є методом апроксимації двохвимірної задачі. Цей метод застосовано до даних, які зібрано шляхом чисельного експериментування за допомогою скінченно-елементного підходу, для створення апроксимуючої моделі коефіцієнту концентрації напружень. Таку модель може бути використано для прогнозування значень напружень, а також міцності та довговічності резервуару. Оскільки зміну властивостей матеріалу у зварному шві не взято в розрахунок, оцінюване напруження є вищим за реальне та представляє собою мажорантну оцінку. Побудовано апроксимуючу модель коефіцієнту концентрації напружень у зоні зварного шва вертикального нафтового резервуару об’ємом 3000 куб. м складної конструкції при гідростатичному навантаженні. Бак складається з чотирьох поясів, які розташовані горизонтально та виготовлені зі сталі різної товщини. Питома маса рідини є близькою до питомої маси води. Виявлено, що концентрація напружень збільшується при наближенні до дна резервуару. Тому при побудові апроксимуючої моделі розглядаються результати в найбільш напруженій області.

Ключові слова: вертикальний резервуар, гідростатичне навантаження, концентратор напружень, зварний шов, рулонна збірка, вм’ятина.

Література

1. Timoshenko S., Woinowsky-Krieger S. Theory of Plates and Shells. New York: McGraw-Hill Book Company, 1987. 580 p.
2. Бидерман В. Л. Механика тонкостенных конструкций. М: Машиностроение, 1977. 488 с.
3. Likhman V. V., Kopysitskaya L. N., Muratov V. M. Strength of welded storage tanks with shape defects during low-cycle loading. Strength of Materials. 1995. Vol. 27. Іss. 11–12. Р. 735–740.
4. Алифанов Л. А. Оценка распределений, связанных с локальными дефектами формы стальных резервуаров: Тез. докл. науч.-метод. конф. Норильск, 2001. С. 256–258.

Надійшла до редакції 12 липня 2018 р.