Розрахунок міцності модуля високого тиску в SolidWorks Simulation

Зміст

Постановка задачі
Підготовка моделі
Створення нового розрахунку
Налаштування граничних умов
Навантаження моделі
Налаштування сітки
Запуск розрахунку
Налаштування епюр та аналіз результату
Висновок

1. Постановка задачі

Потрібно визначити несучу здатність циліндричної камери високого тиску, закритої з обох торців різьбовими заглушками та проміжною з’єднувальною муфтою.

Цей розрахунок застосовується для оцінки міцності елементів насосів або технологічного оснащення з високим надлишковим внутрішнім тиском.

Припущення:

У цьому прикладі не оцінюється несуча здатність різьбових з'єднань;
Не враховується момент затягування різьбових з’єднань;
Не враховується контактний тиск між поверхнями.

2. Підготовка моделі

а) Розділимо трубу на кілька твердих тіл по площині другого ущільнювального кільця за допомогою команди “Split”;

б) Щоб уникнути контактних з’єднань і прискорити розрахунок, зробимо зазор між торцями елементів у 1 мм у збірці моделі;

в) Також змоделюємо розрахунковий зазор між ущільнювальними поверхнями (у цьому прикладі 0,25 мм), що в подальшому також усуне необхідність налаштовувати контактні з’єднання на цих поверхнях;

г) Для зменшення кількості елементів у фінальній розрахунковій сітці використаємо симетрію конструкції, тому створимо половинну збірку.

Призначимо матеріал для заглушки та муфти — EN 1.4031

Призначимо матеріал для труб — EN 1.0045 (S355JR)

3. Створення нового розрахунку

Відкриємо вкладку «Simulation» у верхньому меню та оберемо «New Study». У меню, що з’явиться, вибираємо «Static» і підтверджуємо вибір. Після цього внизу з’явиться вкладка з назвою розрахунку «Static 1» та деревом налаштувань розрахунку.

4. Налаштування граничних умов

а) Жорстко зафіксуємо торець однієї з заглушок

б) Налаштуємо симетрію моделі по площині перерізу. Виберемо в меню «Fixture Advisor» розділ «Advanced Fixtures». Далі обираємо «Symmetry» і вибираємо площини перерізу труб та інших деталей.

5. Навантаження моделі

Виберемо в меню «External Loads Advisor» розділ «Pressure». Далі вибираємо внутрішні поверхні труби та муфт і призначаємо тиск (p) величиною 10 МПа. Для канавок під ущільнювальні кільця задаємо дію тиску лише на поверхні першої канавки (імітуємо випадок, коли перше кільце пошкоджене).

6. Налаштування сітки

Виберемо в меню «Run this study» розділ «Create Mesh». Оберемо тип сітки «Curvature-based mesh» і призначимо розмір елемента 5 мм. У результаті отримуємо згенеровану сітку на моделі.

7. Запуск розрахунку

У меню "Run This Study" вибираємо розділ "Run This Study". У результаті отримуємо три стандартні епюри (Stress, Displacement, Strain).

8. Налаштування епюр та аналіз результату

За потреби можна налаштувати відображення епюр. Встановлюємо одиниці вимірювання напружень у МПа та формат значень — з плаваючою комою.

Також можемо додати епюру запасу міцності.

За допомогою інструменту «Probe» визначимо максимальні діючі напруження для кожної деталі.

9. Висновок

Максимальні діючі напруження в деталях:

Труба: 124,96 МПа;
Муфта: 136,9 МПа;
Заглушка: 64,61 МПа.

Визначимо розрахункові коефіцієнти запасу:

Труба: 275 МПа / 124,96 МПа = 2,2;
Муфта: 700 / 136,9 МПа = 5,1;
Заглушка: 700 МПа / 64,61 МПа = 10,8.

Схожі значення ми бачимо на епюрі запасу міцності. Для всіх елементів конструкції мінімальний запас міцності перевищує 2. Чи забезпечена несуча здатність конструкції або вузла — залежить від ваших галузевих стандартів.