Прочностной и тепловой расчет блок контейнера

[Valery-Moscow]

добрый день,

только что закончили серию интересных расчетов блок-контейнера с системами АСУ:

1. прочностные
     - статические нагрузки - собственный вес, снег, ветер, технологическое оборудование
     - сейсмические нагрузки - в качестве нагрузки использовалась реальная акселерограмма 8 бального землетрясения  - т.е. задавались ускорения по трем координатам

Прочностной расчет выполнялся путем ПРЯМОГО интегрирования уравнений, а не путем разложения по собственным формам, так как деформации конструкции элементов контейнера не линейные.

Расчетная схема включала три составляющих: контейнер + сваи + грунт.
Для моделирования поведения грунта использовалась модель Друккера-Прагера.
Свойства металла описывались би-линейной изотропно упрочняющейся упруго-пластической моделью.

Математическая модель для прочностного расчета состоит из 22 миллионов КЭ, содержит более 1500 сварных швов и 212 контактных пар.


Цели прочностных расчетов:

- выяснение различия результатов между решением путем прямого интегрирования уравнений и спектральным анализом собственных частот, или другими словами вопрос формулируется так:
На сколько правомочно применение теории ЛИНЕЙНЫХ колебаний к подобного рода конструкциям?

- выяснение степени влияния нелинейных свойств грунта на уровень напряжений и деформаций в элементах конструкции контейнера , и кинематические параметры движения - т.е. эти данные по ускорениям, скоростям и перемещениям можно будет использовать как "инерционную нагрузку" при расчете более детализированных математических моделей шкафов с электронными платами

-  выяснение степени влияния нелинейных свойств грунта на кинематические параметры движения шкафов с электронными блоками - необходимо было выяснить в какой мере спектры ускорений в нормативной документации соответствуют РЕАЛЬНЫМ данным по ускорениям, скоростям и перемещениям шкафов?

- достаточна ли прочность крепления контейнера к сваям?

- Нужны ли 7-ми метровые сваи?
  Выяснить качественную зависимость между длиной свай и типов грунтов оснований.






2. Расчет теплового режима блок-контейнера при различных условиях эксплуатации - решались задачи в стационарной и не стационарной постановке, в том числе моделировалось полное или частичное отключение встроенных систем вентиляции и кондиционирования.

Целями расчетов теплового режима были:
- получение температурных полей
- выяснение эффективности и правильности спроектированных систем ОВиК
- распределение влажности по объему
- возможности образования конденсата на электронных компонентах системы АСУ
- влияние скорости ветра на коэффициент теплоотдачи на поверхностях
- поиск "мостиков холода" - т.е. мест с большим значением интенсивности теплового потока


Если кому-то нужна более подробная информация - пожалуйста пишите.
К сожалению публиковать результатов расчетов полностью - заказчик не разрешил.

[Алхимик]

Интересно было бы посмотреть процесс онлайн, в какие нить 19:00 по Мск.

На примере какого нить кубика.

Особенно интересный сейсмический расчет))) Мне не для работы интересно, а для расширения кругозора.

[barracuda_spb]

Я был бы безмерно рад видеть КАК это считают и в чем, и как в последствии интерпретируются показания расчетов

[FuG4s]

Мне тоже очень интересно,особенно,как ведут себя сварные швы при землетрясении!!!

[Valery-Moscow]

Интересно было бы посмотреть процесс онлайн, в какие нить 19:00 по Мск.

На примере какого нить кубика.

Особенно интересный сейсмический расчет))) Мне не для работы интересно, а для расширения кругозора.

на http://www.youtube.com/ тысячи таких же расчетов !

[Valery-Moscow]

Мне тоже очень интересно,особенно,как ведут себя сварные швы при землетрясении!!!

возможно, что этот вопрос будет предметом следующих расчетов

в данной модели сварные швы моделировались "коннеторами" - имеющими предел по деформациям и по приведенным напряжениям - т.е. при достижении одного из двух пределов, коннетор - т.е. связь удалялись программой из расчетной схемы

Вопрос реальности математического моделирования сварных швов - один из самых актуальных и сложных

Все зависит от желаемой степени детализации какого-то узла конструкции

[Valery-Moscow]

Я был бы безмерно рад видеть КАК это считают и в чем, и как в последствии интерпретируются показания расчетов

данная задача решалась на 4-х процессорном компьютере (32 ядра), 512 Гб оперативной памяти
в процессе решения было использовано не более 220 Гб оперативной памяти

[FuG4s]

В каком САПР подготавливалась модель?

[Valery-Moscow]

геометрия была создана в Inventor -  но ВСЯ была "кривая" - с БОЛЬШИМ кол-вом ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ошибок!

была жуткая война с конструкторами - которым приходилось каждую их ошибку доказывать!

но использовать даже исправленную геометрию было невозможно по многим причинам, так что пришлось нам все заново чертить в SolidWorks - во время создания геометрии было найдено еще много новых ошибок - в общем сплошные проблемы

при чем - создавать нужно было "две геометрии" - одну для прочностных расчетов, другую для тепловых

*** но такая ситуация очень часто встречается - конструктора многих предприятий "особо не заморачиваются" .....

[Valery-Moscow]

пояснение к картинкам (по просьбе читателей форума):

1-ый рисунок - температура контейнера (внешние листы обшивки сделаны невидимыми)

2-ой рисунок - линии тока при работающей системе вентиляции(с градуировкой температур)

3-ый рисунок - температурные поля на шкафах с электроникой

4-ый рисунок - сетка КЭ для прочностного анализа

5-ый рисунок - приведенные напряжения по Мизесу для статической нагрузки (грунт сделан невидимым)

[Евгений Екатеринбург]

Очень интересно, прошу дать добрый совет.
недавно прочитал книгу Ганина по 13-й версии, к ней прилагался диск с месячной версией 13-го Компаса.
можно делать тепловые и прочностные расчеты, что для меня актуально и в чем хочу попробовать свои силы

в книге сравнительно простой случай рассмотрен.
у меня же сварные соединения стальных деталей, которые я до сих пор не моделировал на сборках никак.
как это заложить в сборку ,чтоб не делать одну цельную деталь для расчетов?
интересно посмотреть, как поведет себя сборка при нагревании, не порвет ли сварные швы от тепловых расширений, не разорвет ли содержимое емкости оболочку емкости и пр.
Заранее благодарен

[Евгений Екатеринбург]

И еще один вопросик- т н  краш-тесты.

они не только с автомобилями проводятся, но и с другими изделиями. в частности, с радиационной техникой.
например, при падении на стальную мишень, на бетонное основание не должны утрачиваться определенные свойства
Компас может быть в таких задачах полезен? или куда бежать за помощью?

[Евгений Екатеринбург]

Коллеги, день добрый!
у меня имеется опыт работы в младших версиях Компаса. восьмерка, кажется.
возникла новая задача.
необходимо выполнить расчет тепловых процессов и прочностных характеристик, причем в результате динамических воздействий (удары, падения и пр.)
сперва надо как-то моделировать сварные швы, т к сборка выполнена методом сварки
Обладаю 30-дневной версией Компаса версии 13, диск приложен к книге по Компасу.

прошу дать совет по последовательности действий в рамках решения проблемы
С уважением, Евгений

[Valery-Moscow]

проведение разрекламированных "крэш-тестов" - это не только работа расчетчика!

это большая работа экспериментаторов, оснащенных весьма дорогим оборудованием.

Что бы создать математическую модель, соответствующую физике процесса и данного расчетного случая - знаний вычислительной математики мало.

1. нужно знать РЕАЛЬНЫЕ свойства материалов, а не свойства "вообще" , а если еще скорость деформации и скорость нагружения большие - то нужны серьезные испытания - что бы получить достоверные константы для уравнений состояний.
Выбор уравнения состояния (зависимость между тензорами напряжений, деформаций и скоростей деформаций - это в самом простом случае) - тоже задача - ибо какое уравнение состояния будет "лучше" описывать поведение материала при данных скоростях нагружения - вопрос не однозначный, особенно если нужно учитывать разрушение.

2. даже создав хорошую мат.модель - её нужно калибровать - т.е. "настраивать" - как это делать - вопрос тоже не однозначный, поскольку какие параметры нужно считать "реперными" - значимыми - тоже не сразу понять можно.


Если не делать все что я написал выше, то скорее всего вместо расчетов получится просто серия красивых картинок, имеющих "неясную" достоверность


Что касается Компаса - то не думаю что такие задачи он сможет решать, так как для решения "скоростных\ударных" динамических задач нужен "явный" решатель - которого в Компасе нет.

[Valery-Moscow]

Очень интересно, прошу дать добрый совет.
недавно прочитал книгу Ганина по 13-й версии, к ней прилагался диск с месячной версией 13-го Компаса.
можно делать тепловые и прочностные расчеты, что для меня актуально и в чем хочу попробовать свои силы

в книге сравнительно простой случай рассмотрен.
у меня же сварные соединения стальных деталей, которые я до сих пор не моделировал на сборках никак.
как это заложить в сборку ,чтоб не делать одну цельную деталь для расчетов?
интересно посмотреть, как поведет себя сборка при нагревании, не порвет ли сварные швы от тепловых расширений, не разорвет ли содержимое емкости оболочку емкости и пр.
Заранее благодарен

сварные швы - тематика весьма и весьма сложная, если конечно рассматривать этот класс задач не так "как хочется",
а так как нужно!

после сварки - в сварных швах и "пограничных" областях свариваемых деталей - появляются:
- остаточные термонапряжения, которые к сожалению полностью удалить не получается путем последующего нагрева;
- раковины, пузырьки, шлак - в общем "полости" - которые сильно влияют на прочность сварного шва
- свойства самого сварного шва так же "нестабильны" и так далее...

в общем этими вопросами много инженеров занимаются в мире - достаточно набрать соответствующие слова в ГУГЛе - на английском конечно и там будут сотни ссылок на публикации по этой тематике.

Можно конечно поступать по иному - "не заморачиваясь" - вводить разного рода к-ты запаса и надеяться на то что перерасход металла - компенсирует незнание реального напряженно-деформированного состояния сварного шва.

тут уж кому что нравится....


Можно еще вот как сделать - провести эксперименты - и получить реальные свойства конкретных швов, и потом эти свойства использовать в мат.модели - задавая их либо как предельные приведенные напряжения, либо как предельные деформации;
при достижении одного из двух параметров предельных значений - "исключать" из расчетной схемы такие "кусочки" сварного шва.

Однако такие расчеты так же "условны" и достоверный результат целиком зависит от квалификации конкретного расчетчика.


Из Вашего письма так же следует, что Вас вероятно интересует не просто гидростатическая нагрузка,
а изменение напряжений при изменении гидростатической или даже динамической нагрузки?

поскольку просто гидростатическая нагрузка - если она УЖЕ ЕСТЬ - обычно разрушения не вызывает... (если конечно не рассматривается ползучесть материала)

Если это так - то Вам нужно не просто задачу прочности решить, а взаимодействие жидкости и оболочки, т.е. определить гидродинамическое давление от жидкости - которая колеблется на пример в резервуаре.

Этот класс задач еще более сложный, требующий уже не только квалификации инженера, но и серьезных вычислительных средств - ибо шаг интегрирования по времени в таких задач весьма мал.

вот некоторые примеры таких решений - м.б. они Вам будут полезны:

"Поведение жидкости со свободной поверхностью (Нефтяной бак при сейсмическом воздействии)
http://www.cae-services.ru/data/123M.pdf

http://www.cae-services.ru/data/105M.pdf


Моделирование падения контейнера с жидкостью.
http://www.cae-services.ru/data/172M.pdf


Моделирование процесса падения тела в мелкий" и "глубокий" бассейн"
http://www.cae-services.ru/data/186M.pdf

[Valery-Moscow]

добрый день Евгений,
Вы такой же вопрос написали ранее в теме:
http://forum.ascon.ru/index.php/topic,25671.0.html

я достаточно подробно там все написал

[Евгений Екатеринбург]

Спасибо за исчерпывающий ответ!
при моделировании объекта всегда следует от чего -то абстрагироваться, чем-то пренебречь.
прекрасно понимаю, сколь непроста сварка и какой это космос проблем с точки зрения дефектоскопии.
моя проблема, если точнее, такова.
идет сертификация упаковочного комплекта транспортного.
испытания желательно провести по возможности теоретически.

вот что требует НП-053-04:

"3.4.4.2. Испытание на механическое повреждение. Каждый образец должен быть подвергнут двум испытаниям на падение:
   упаковки массой не более 500 кг и общей плотностью, определенной по внешним размерам, не более 1000 кг/м3 с радиоактивным содержимым более 1000А2 не являющимся радиоактивным материалом особого вида, подвергаются испытаниям, указанным ниже в подпунктах б) и в);
   другие упаковки подвергаются испытаниям, указанным ниже в подпунктах а) и б).
Последовательность падений образца должна быть такой, чтобы по завершении испытаний образцу были нанесены такие повреждения, которые привели бы к максимальному повреждению при последующем тепловом испытании:
а) образец должен упасть на мишень (см. пункт 3.1.4) так, чтобы он получил максимальное повреждение. Высота падения, измеряемая от нижней точки образца до поверхности мишени, должна составлять 9 м;
б) образец должен упасть на мишень так, чтобы он получил максимальное повреждение, а высота падения, измеряемая от предполагаемой точки удара до поверхности мишени, должна составлять 1 м. Мишень представляет собой сплошной штырь круглого сечения диаметром 15,0 cм 0,5 см, изготовленный из мягкой стали. Торец штыря - плоская горизонтальная поверхность с закруглениями краев радиусом не более 6 мм. Штырь должен быть неподвижно закреплен в вертикальном положении на мишени-основании и иметь высоту 20 см. Если при большей высоте будет наноситься большее повреждение, то следует использовать штырь достаточной высоты для нанесения максимального повреждения. Мишень-основание должна соответствовать требованиям, изложенным в пункте 3.1.4;
в) образец должен подвергаться испытанию на динамическое раздавливание, при котором он получит максимальное повреждение при падении на него тела массой 500 кг с высоты 9 м. Тело, изготовленное из мягкой стали в виде пластины с размерами 1х1 м,  должно падать, находясь в  горизонтальном положении. Высота падения измеряется от нижней поверхности пластины до наивысшей точки образца. Мишень, на которой устанавливается образец, должна соответствовать требованиям, приведенным в пункте 3.1.4.
3.4.4.3. Тепловое испытание. Образец помещают полностью, за исключением простой поддерживающей конструкции, в очаг горения углеводородного топлива в воздушной среде, который имеет достаточные размеры, и в котором существуют условия для обеспечения среднего коэффициента эмиссии (пламени) не менее 0,9 при средней температуре пламени не менее 800 С в течение 30 мин, или проводят любое другое испытание, обеспечивающее подведение эквивалентного теплового потока к упаковке. Поверхность горения топлива должна выступать за пределы любой внешней поверхности образца по горизонтали, по крайней мере, на 1 м, но не более чем на 3 м. Образец должен находиться на расстоянии 1 м над поверхностью топлива. После прекращения внешнего подвода тепла образец не должен подвергаться искусственному охлаждению, а любое горение материалов образца должно продолжаться естественным образом. При расчетах коэффициент поверхностного поглощения принимают равным либо 0,8, либо значению, определенному у этой упаковки при проведении описанного теплового испытания. Коэффициент конвективного теплообмена принимают равным той величине, которую может обосновать конструктор упаковки, если она подвергалась описанному тепловому испытанию. Начальные условия теплового испытания принимают таковыми, что упаковка находится в стационарном состоянии при температуре окружающей среды 38 С (с учетом максимального тепловыделения радиоактивного содержимого) и воздействии инсоляции согласно пункту 2.9.11, или в противном случае эти условия должны быть учтены при анализе результатов испытания.
3.4.4.4. Испытание на погружение в воду. Образец должен находиться под столбом воды высотой не менее 15 м в течение не менее 8 ч в положении, приводящем к максимальным повреждениям. Принимают, что этим условиям соответствует внешнее избыточное давление не менее 150 кПа."
Если кто-то моделировал аналогичные воздействия и смотрел, что получится в итоге, прошу поделиться опытом.
Бюджет проекта, к сожалению, очень скромен.
С уважением, Евгений

[Valery-Moscow]

как-то все туманно... написано

по пункту 3.4.4.2 -

а) как "характеризуется" - максимальное повреждение?

б) как это следует понимать?
образец должен упасть на мишень так, чтобы он получил максимальное повреждение

"образец" может быть какой угодно конструкции - как же можно не учитывать ЭТО при составлении плана натурных экспериментов?

Как ни старайся - тело будет падать на штырь под каким-то углом!
а значит будет соскальзывание - т.е. удара под углом 90 градусов не будет ни при каких условиях!


по пункту 3.4.4.3.
если честно то несколько раз перечитал - так и не понял смысл написанного.
исходя из здравого смысла - тело - к которому каким-то образом подводится тепло - будет нагреваться.
так и не понял - Что является критерием удачного эксперимента?!
по логике - критерием должна быть температура в какой-то контрольной точке или или кол-во аккумулированного тепла в каком-то куске данной модели или общее кол-во тепла, которое ВСЕ тело аккумулировало за время нагревания


по пункту 3.4.4.4. Испытание на погружение в воду.
не совсем понял зачем 8 часов то ждать?
разве тут будут учитываться свойства ползучести?
ну обычное гидростатическое давление - это понятно
а вот зачем на 8 часов под воду?!
И почему именно ВОСЕМЬ ЧАСОВ? - какое-то разумное объяснение этому "требованию" есть?


в общем либо я чего-то не понимаю, либо это очередное узаконенное "недоразумение"

[Евгений Екатеринбург]

Основополагающий документ Госатомнадзора.
речь идет про упаковочные комплекты транспортные- упаковку для перевозки радиоактивных веществ, а так же делящихся материалов
упаковка должна испытываться в соответствии с данным НП

[Valery-Moscow]

ну что тут скажешь?!
.....  м.б. чего-то мы все же не поняли в этом сертифицированном и утвержденном документе,
а м.б. это узаконенный бред...
всякое может быть...

еще одна мысль: контейнер для радиоактивных отходов  и Ваша мысль:
Бюджет проекта, к сожалению, очень скромен.

это как может быть?


хотя я на этой неделе прочитал вот такое объявление:
требуются студенты старших курсов для прочностных расчетов оборудования Нововоронежской АЭС
О как!