Концентрация напряжений в сварных швах вертикальных резервуаров

Autor: Uspenskiy, B. V., Buganova, S. N., Suleymenov, U. S., Avramov, K. V.
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Journal of Mechanical Engineering; Том 21, № 4 (2018); 36-40
Проблемы машиностроения; Том 21, № 4 (2018); 36-40
Проблеми машинобудування; Том 21, № 4 (2018); 36-40
ISSN: 0131-2928
2411-0779
Popis: The article describes a new method for analyzing and predicting the stress concentration coefficient in a rolled vertical tank weld seam under hydrostatic loading. Vertical tanks are widely used for storing petroleum products. The use of roll-to-roll assembly technology is advisable for a quick and inexpensive installation of oil tanks. However, the use of this technology in the installation of large-capacity tanks leads to the need to use thick rolled steel. This leads to the appearance of significant angularities of the weld seams used to fasten steel sheets in a roll. Such angularities are mechanical stress concentrators and can damage the tank. Therefore, the problem of modeling the dependence of stress concentration factors on the geometrical parameters of angularity is relevant and important to ensure both the economic and environmental efficiency of operation of the oil tanks assembled by the roll-to-roll method. The approach described in this article is based on a combination of a numerical experiment and an approximation approach. The stress concentration factor depends on two dimensionless parameters of the dent. Thus, a method of approximation of a two-dimensional problem is described. This method is applied to the data collected by numerous computational experiments using the finite element approach to construct an approximate model of the stress concentration factor. Such a model can be used to predict stress values, as well as tank strength and durability. The change in material properties in the weld seam is not taken into account. Thus, the estimated stress is higher than the real one and represents a majorant estimate. An approximating model of the stress concentration factor was constructed in the area of angularity of the weld seam of a 3,000 m3 complex structure oil tank under hydrostatic loading. The tank consists of four belts made of steel of various thickness. The density of the tank contents is close to that of water. It has been found that stress concentration increases as the distance to the tank bottom becomes smaller. Therefore, when building an approximating model, the results in the most strained region are considered.
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.
В статье описывается новая методика анализа и прогнозирования коэффициента концентрации напряжений в сварном шве рулонного вертикального резервуара при гидростатической нагрузке. Вертикальные резервуары широко используются для хранения нефтепродуктов. Использование технологии рулонной сборки целесообразно для быстрого и недорогого монтажа нефтяных резервуаров. Однако применение этой технологии при монтаже резервуаров большой емкости приводит к необходимости использования стали толстого проката. В результате появляются существенные угловатости сварных швов, которыми скрепляются стальные листы в рулоне. Такие угловатости представляют собой концентраторы механических напряжений и могут привести к повреждению резервуара. Поэтому проблема моделирования зависимости факторов концентрации напряжений от геометрических параметров угловатости актуальна и важна для обеспечения как экономической, так и экологической эффективности эксплуатации нефтяных резервуаров, собранных рулонным методом. Подход, описанный в данной статье, основан на сочетании численного эксперимента и аппроксимационного подхода. Коэффициент концентрации напряжений зависит от двух безразмерных параметров вмятины. Таким образом, описан метод аппроксимации двухмерной задачи. Этот метод применяется к данным, собранным путём многочисленных вычислительных экспериментов с использованием конечноэлементного подхода, для построения аппроксимирующей модели коэффициента концентрации напряжений. Такая модель может использоваться для прогнозирования значений напряжений, а также прочности и долговечности резервуара. Изменение свойств материала в сварном шве не принимается во внимание. Таким образом, оцениваемое напряжение выше, чем реальное, и представляет собой мажорантную оценку. Построена аппроксимирующая модель коэффициента концентрации напряжений в области угловатости сварного шва нефтяного резервуара объёмом 3000 м3 сложной конструкции при гидростатическом нагружении. Бак состоит из четырёх поясов, изготовленных из стали различной толщины. Плотность содержимого бака близка к плотности воды. Обнаружено, что концентрация напряжений увеличивается при приближении ко дну резервуара. Поэтому при построении аппроксимирующей модели рассматриваются результаты в наиболее напряженной области.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: