METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH (MES) DO OBLICZEŃ WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH ZŁĄCZY IZOLUJĄCYCH (MONOBLOKÓW)



Podobne dokumenty
KARTA KATALOGOWA Monoblok Izolujący

KOMPUTEROWE MODELOWANIE I OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE ZBIORNIKÓW NA GAZ PŁYNNY LPG

OPTYMALIZACJA ZBIORNIKA NA GAZ PŁYNNY LPG

Materiały do laboratorium Przygotowanie Nowego Wyrobu dotyczące metody elementów skończonych (MES) Opracowała: dr inŝ.

Projektowanie elementów z tworzyw sztucznych

Pierwsze komputery, np. ENIAC w 1946r. Obliczenia dotyczyły obiektów: o bardzo prostych geometriach (najczęściej modelowanych jako jednowymiarowe)

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

INSTRUKCJA NR IP INSTRUKCJA MONTAŻU, TRANSPORTU, MAGAZYNOWANIA I UŻYTKOWANIA MONOBLOKÓW IZOLACYJNYCH RMA IP

LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW. Ćwiczenie 14 BADANIE ZBIORNIKA CIŚNIENIOWEGO Wprowadzenie Cel ćwiczenia

POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH Wydział Mechaniczny Technologiczny PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA

ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MARYNARKI WOJENNEJ ROK XLVI NR 3 (162) 2005

MODELOWANIE POŁĄCZEŃ TYPU SWORZEŃ OTWÓR ZA POMOCĄ MES BEZ UŻYCIA ANALIZY KONTAKTOWEJ

PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA

ANALIZA TECHNICZNO-EKONOMICZNA POŁĄCZEŃ NIEROZŁĄCZNYCH

Modelowanie w projektowaniu maszyn i procesów cz.5

Optymalizacja konstrukcji wymiennika ciepła

OCHRONA KATODOWA PODZIEMNYCH RUROCIĄGÓW POKRYTYCH POWŁOKAMI IZOLACYJNYMI O WYSOKIM POZIOMIE SZCZELNOŚCI PARAMETRY ELEKTRYCZNE I ASPEKTY EKONOMICZNE

Wprowadzenie do Techniki. Materiały pomocnicze do projektowania z przedmiotu: Ćwiczenie nr 2 Przykład obliczenia

Analiza naprężeń w przekrojach poprzecznych segmentowych kolan stopowych rurociągów stosowanych w technologiach górniczych

Ich właściwości zmieniające się w szerokim zakresie w zależności od składu chemicznego (rys) i technologii wytwarzania wyrobu.

Analiza wytrzymałościowa 5 rodzajów kształtowników

Spis treści Przedmowa

Magazynowanie cieczy

Kompensatory stalowe. Produkcja. Strona 1 z 76

Spis treści. Przedmowa 11

Cel i zakres pracy dyplomowej inżynierskiej. Nazwisko Imię kontakt Modelowanie oderwania strug w wirniku wentylatora promieniowego

Najprostszy element. F+R = 0, u A = 0. u A = 0. Mamy problem - równania zawierają siły, a warunek umocowania - przemieszczenia

CHARAKTERYSTYKA. Kompensator kołnierzowy mocowany do kołnierzy.

F + R = 0, u A = 0. u A = 0. f 0 f 1 f 2. Relację pomiędzy siłami zewnętrznymi i wewnętrznymi

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Metoda elementów skończonych

ZASTOSOWANIE METOD OPTYMALIZACJI W DOBORZE CECH GEOMETRYCZNYCH KARBU ODCIĄŻAJĄCEGO

SYMULACJA OBLICZENIOWA OPŁYWU I OBCIĄŻEŃ BEZPRZEGUBOWEGO WIRNIKA OGONOWEGO WRAZ Z OCENĄ ICH ODDZIAŁYWANIA NA PRACĘ WIRNIKA

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki PROBLEMY ZWIĄZANE Z OCENĄ STANU TECHNICZNEGO PRZEWODÓW STALOWYCH WYSOKICH KOMINÓW ŻELBETOWYCH

ANALIZA MES WYTRZYMAŁOŚCI ELEMENTÓW POMPY ŁOPATKOWEJ PODWÓJNEGO DZIAŁANIA

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka

MODELOWANIE ZA POMOCĄ MES Analiza statyczna ustrojów powierzchniowych

SYSTEM SCADA DO OCHRONY KATODOWEJ SCADA SYSTEM FOR CATHODIC PROTECTION

FIBRON FL to specjalnie zaprojektowany beton posadzkowy wzmocniony syntetycznymi makrowłóknami konstrukcyjnymi. Włókna syntetyczne dozowane są na

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

WYZNACZANIE PARAMETRÓW PRZEPŁYWU CIECZY W PŁASZCZU CHŁODZĄCYM ZBIORNIKA CIŚNIENIOWEGO

PRZESTRZENNY MODEL PRZENOŚNIKA TAŚMOWEGO MASY FORMIERSKIEJ

UZNAWANIE TYPU ZŁĄCZY MECHANICZNYCH

METODA TWORZENIA TYPOSZEREGÓW KONSTRUKCJI MASZYN Z ZASTOSOWANIEM TEORII PODOBIEŃSTWA KONSTRUKCYJNEGO

OPTYMALIZACJA KONSTRUKCJI WZMOCNIEŃ ELEMENTÓW NOŚNYCH MASZYN I URZĄDZEŃ

Rys. 1. Obudowa zmechanizowana Glinik 15/32 Poz [1]: 1 stropnica, 2 stojaki, 3 spągnica

Ermeto Original Rury / Łuki rurowe

Politechnika Poznańska


POŁĄCZENIA KĄTOWE DREWNA I PŁYT DREWNOPOCHODNYCH PRZY UŻYCIU ZŁĄCZ DWUTEOWYCH. Piotr POHL * Krzysztof RADZIKOWSKI ** Marcin WOŁPIUK ***

Zasady projektowania systemów stropów zespolonych z niezabezpieczonymi ogniochronnie drugorzędnymi belkami stalowymi. 14 czerwca 2011 r.

ANALIZA WYTRZYMAŁ O Ś CIOWA ZAMKNIĘ CIA KORPUSU BEZZAŁ OGOWEGO POJAZDU PODWODNEGO NA BAZIE TORPEDY SET 53

Doświadczenia w eksploatacji gazomierzy ultradźwiękowych

Wprowadzenie do Techniki. Materiały pomocnicze do projektowania z przedmiotu: Ćwiczenie nr 1

PLAN SZKOLEŃ FEMAP. Nasza oferta: Solid Edge najefektywniejszy dostępny obecnie na rynku system CAD klasy mid-range,

ROTOPOL Spring Meeting

OBLICZANIE KÓŁK ZĘBATYCH

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

PLAN SZKOLEŃ Femap. Nasza oferta: Solid Edge najefektywniejszy dostępny obecnie na rynku system CAD klasy mid-range,

THE MODELLING OF CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OF HARMONIC DRIVE

PORÓWNANIE POSTACI KONSTRUKCYJNYCH KOŁA ZABIERAKOWEGO POJAZDÓW KOPARKI WIELONACZYNIOWEJ. 1. Wprowadzenie obiekt badań

MODEL 3D MCAD LEKKIEGO SAMOLOTU SPORTOWEGO, JAKO ŹRÓDŁO GEOMETRII DLA ANALIZY WYTRZYMAŁOŚCIOWEJ MES OBIEKTU

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 7

Wyboczenie ściskanego pręta

Wytrzymałość Konstrukcji I - MEiL część II egzaminu. 1. Omówić wykresy rozciągania typowych materiałów. Podać charakterystyczne punkty wykresów.

pt.: KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROCESÓW OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

KATALOG BRANŻOWY SIECI WODOCIĄGOWO- -KANALIZACYJNE

Przekładnie ślimakowe / Henryk Grzegorz Sabiniak. Warszawa, cop Spis treści

ANALIZA STANU NAPRĘŻEŃ W WYBRANYCH LEJACH PROTEZOWYCH KOŃCZYNY DOLNEJ Z WYKORZYSTANIEM METOD ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Wprowadzenie. - Napęd pneumatyczny. - Sterowanie pneumatyczne

ANSYS - NARZĘDZIEM DO WSPOMAGANIA PROJEKTOWANIA OBUDÓW ŚCIANOWYCH W FABRYCE FAZOS S.A.

10 powodów przemawiających za wyborem oprogramowania Moldex3D

WYKORZYSTANIE MES DO WYZNACZANIA WPŁYWU PĘKNIĘCIA W STOPIE ZĘBA KOŁA NA ZMIANĘ SZTYWNOŚCI ZAZĘBIENIA

WYZNACZANIE NAPRĘŻEŃ W PODSTAWACH ZĘBÓW KÓŁ NAPĘDÓW ZĘBATYCH

Spis treści. Wprowadzenie... Podstawowe oznaczenia Ustalenia ogólne... 1 XIII XV

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechatronika Studia pierwszego stopnia. Wytrzymałość materiałów Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Kod przedmiotu:

MODELOWANIE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ O ZMIENNEJ TWARDOŚCI

Instytut Podstaw Budowy Maszyn. specjalność KONSTRUKCJE CIENKOŚCIENNE

7 czerwca

Koła stożkowe o zębach skośnych i krzywoliniowych oraz odpowiadające im zastępcze koła walcowe wytrzymałościowo równoważne

PaleZbrojenie 5.0. Instrukcja użytkowania

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

2. MODELOWANIE SŁUPÓW

Wytrzymałość dielektryczne powietrza w zależności od ciśnienia

NOWOCZESNE TECHNOLOGIE ENERGETYCZNE Rola modelowania fizycznego i numerycznego

Projektowanie korpusów zaworów stosowanych w instalacjach ziębniczych zgodnie z postanowieniami dyrektywy PED - Elżbieta LANGMAN, Mariusz ŚCISŁO

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

PROJEKT TECHNICZNY MECHANIZMU CHWYTAKA TYPU P-(O-O-O)

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechatronika Studia pierwszego stopnia. Wytrzymałość materiałów Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Kod przedmiotu:

PROJEKTOWANIE KONSTRUKCJI STALOWYCH WEDŁUG EUROKODÓW.

Analiza wytrzymałościowa kołpaka turbogeneratora TWW-200-2A

Wytrzymałość Materiałów

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z PRZEDMIOTU: KONSTRUKCJE BUDOWLANE klasa III Podstawa opracowania: PROGRAM NAUCZANIA DLA ZAWODU TECHNIK BUDOWNICTWA

Oddziaływanie membranowe w projektowaniu na warunki pożarowe płyt zespolonych z pełnymi i ażurowymi belkami stalowymi Waloryzacja

Rys. 1. Elementy zginane. KONSTRUKCJE BUDOWLANE PROJEKTOWANIE BELEK DREWNIANYCH BA-DI s.1 WIADOMOŚCI OGÓLNE

1. BADANIE SPIEKÓW 1.1. Oznaczanie gęstości i porowatości spieków

Transkrypt:

VII Krajowa Konferencja POMIARY KOROZYJNE W OCHRONIE ELEKTROCHEMICZNEJ VII NATIONAL CONFERENCE CORROSION MEASUREMENTS IN ELECTROCHEMICAL PROTECTION 18-20. 09. 2002 Jurata, Poland METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH (MES) DO OBLICZEŃ WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH ZŁĄCZY IZOLUJĄCYCH (MONOBLOKÓW) METHOD FINITE ELEMENTS IN USE FOR COUNTS OF DURABILITY INSULATORS Łukasz Demut P.H.P.U.M. DAKOR Mosina Słowa kluczowe: złącze izolujące, ochrona katodowa, wytrzymałość, korozja, metoda elementów skończonych, Keywords: insulator, cathodic corrosion protection, durability, corrosion, method finite elements, Streszczenie Metoda elementów skończonych (MES) jest przede wszystkim wykorzystywana w celu uzyskania rozkładu naprężeń oraz przemieszczeń konstrukcji narażonej na złożone obciążenia. Głównymi zaletami metody elementów skończonych są: szybkość i dokładność uzyskanych wyników w przeciwieństwie do metod analitycznych, możliwość określenia w dowolnym punkcie konstrukcji naprężeń zredukowanych i przemieszczeń co z kolei pozwala na zoptymalizowanie kształtu konstrukcji oraz dobór odpowiedniego materiału w aspekcie wytrzymałościowym. Stąd firma DAKOR postanowiła wykorzystać tę metodę do obliczeń złącz izolujących w celu podniesienia ich jakości oraz zmniejszenia kosztów wytwarzania poprzez uproszczenie prób szczelnościowych, gdyż znaleziono związek między próbą na rozciąganie i zginanie. Summary The method finite elements is use for first of all to get schedule of stresses and dislocations of construction, we can to learn of worth of stresses and dislocations every part of construction. This characteristic makes possible correct selection shapes and material of construction. The method finite elements is very fast and accurate in contrast to analytic methods. Firm DAKOR took advantage of the method finite elements for counts of durability insulators in order to raise quality them and less manufacture cost, because connection was founded between test for press and test for bend. 127

Konstrukcja złącza izolującego Produkowane przez firmę P.H.P.U.M DAKOR złącza izolujące spawane (nie zaciskane) posiadają pierścieniowe (toroidalne) zabezpieczenie odgromnikowe znakomicie zabezpieczające monoblok przed wyładowaniem atmosferycznym. Z rozwiązania tego może korzystać wyłącznie firma PHPUM DAKOR w związku z uzyskanym patentem nr P 317798. Złącza izolujące na rurociągu instaluje się zarówno w celu wydzielenia odcinka chronionego katodowo, jak i do ograniczenia przepływu prądów błądzących. Rurociąg chroniony katodowo zarówno ze względów technicznych, jak i ekonomicznych powinien być elektrycznie odizolowany od konstrukcji nie przeznaczonych do ochrony konstrukcjami takimi są np. tłocznie, zbiorniki, stacje redukcyjne itp. Wyróżnia się dwa rodzaje złącz izolujących. Złącze izolujące t. ZIS, które nie posiada wewnętrznego iskrownika toroidalnego oraz złącze izolujące t. ZISI z wewnętrznym iskrownikiem toroidalnym, które gwarantuje przejście wysokiego napięcia na poziomie ok. 5 kv bez naruszenia konstrukcji. Wadą monobloków t. ZIS jest powstanie ścieżki węglowej w przekładce dielektrycznej na skutek wyładowania atmosferycznego. 128 Rys.1 Konstrukcja złącza izolującego t. ZIS

Rys.2 Konstrukcja złącza izolującego typu (z iskrownikiem toroidalnym) ZISI Założenia wytrzymałościowe dotyczące złącz izolujących Wobec braku polskich norm dotyczących wymagań z zakresu doboru materiałów, wytrzymałości, szczelności i parametrów elektrycznych złączy, za podstawę zaprojektowania złącza przyjęto normę niemiecką DIN 2470. Obliczenia wytrzymałościowe wykonano metodą elementów skończonych w zakresie wytrzymałości ciśnieniowej i wytrzymałości na zginanie. Zakłada się, że monoblok powinien być tak zaprojektowany aby jego własności mechaniczne nie były gorsze od własności rurociągu w który jest wspawywany. Próba szczelnościowa Oprócz przeprowadzania analizy obliczeniowej wytrzymałości, wykonuje się również próbę szczelnościową każdego złącza. Przygotowanie złącza izolującego do próby szczelnościowej polega na przyspawaniu denek płaskich do końcówek do wspawania oraz umieszczeniu w nim wody. Ciśnienie próbne wewnątrz monobloku wynosi 1,5 x ciśnienie robocze i jest utrzymywane przez ok. 12 16 godz. W tak obciążonym złączu oprócz naprężeń obwodowych występują naprężenia rozciągające pochodzące od ciśnienia wywieranego na denka płaskie. Naprężenia rozciągające dążą do rozwar- 129

stwienia powierzchni między pierścieniami uszczelniającymi (oringami) a tym samym do jego rozszczelnienia, stąd pozytywny wynik próby ciśnieniowej daje gwarancje szczelności złącza i wysokiej jakości jego wykonania. Rys. 3 Schemat stanowiska do przeprowadzania próby szczelnościowej Próba wytrzymałości na zginanie Próba wytrzymałości na zginanie złącza izolującego polega na wywołaniu momentu zginającego poprzez siłę F, która jest umieszczona symetrycznie między podporami przy ciśnieniu wewnątrz monobloku o wartości 0,1 MPa (rys.3). Działanie siły F powoduje powstanie naprężeń ściskających w górnej części monobloku a tym samym jego doszczelnienie. Rozszczelnienie w tej części złącza może wystąpić tylko wtedy gdy zostaną przekroczone dopuszczalne naprężenia na ściskanie przekładki dielektrycznej, stąd dobór materiału na pierścienie izolacyjne odgrywa ogromną rolę zarówno w aspekcie wytrzymałościowym jak i w aspekcie własności elektrycznych, natomiast w dolnej części złącza izolującego występują naprężenia rozciągające, które powodują rozwarstwienie powierzchni między pierścieniami uszczelniającymi czyli prowadzą do rozszczelnienia monobloku. 130 Rys. 4 Schemat stanowiska do przeprowadzania próby na zginanie złącza izolującego

Metoda elementów skończonych Gdy pojawiły się pierwsze komputery, zostały one natychmiast wykorzystane do obliczeń wytrzymałościowych. Rozwój komputerów, głównie ich mocy obliczeniowej, powodował rozwój nowych metod obliczeniowych. Budowa i badania elementów, które narażone były na złożone i skomplikowane obciążenia statyczne lub dynamiczne, ich kolejne modyfikacje i testy sprawdzające były bardzo kosztowne i czasochłonne. Rozwój metod obliczeniowych spowodował znaczne skrócenie i potanienie procesu tworzenia poprawnej konstrukcji w aspekcie wytrzymałościowym. Sukcesy numerycznych obliczeń wytrzymałościowych spowodowały ogromne zainteresowanie ze strony przemysłu samochodowego i lotniczego. Wiele firm rozwijając pakiety oprogramowania proponuje użytkownikom narzędzia o bardzo szerokich możliwościach obliczeniowych. W skład takich pakietów wchodzą generatory siatek obliczeniowych często współpracujące z ogólnie dostępnymi programami typu CAD. Pozwalają one na geometrii w programie CAD rozmieścić węzły siatki obliczeniowej. Rys. 5 Przykład dyskretyzacji (podział) złącza izolującego na elementy skończone Główną częścią pakietu jest program rozwiązujący zdyskretyzowany na siatce obliczeniowej układ równań. Ostatnim programem pakietu jest program umożliwiający przedstawienie wyników w formie graficznej. Rys. 6 Wyniki rozkładu naprężeń przedstawione w formie graficznej Metoda elementów (objętości) skończonych należy do klasy metod dyskretyzacyjnych aproksymacyjnego rozwiązania zagadnień początkowo brzegowych. Podobnie 131

jak inne metody należące do tej grupy polega ona na przedstawieniu rozkładu naprężeń i przemieszczeń konstrukcji w rozpatrywanym obszarze (o nieskończonej liczbie punktów) za pośrednictwem modelu o ograniczonej liczbie węzłów. Cechą charakterystyczną tej metody jest jednoczesne poszukiwanie rozwiązania dla całego obszaru i oddzielnie we wszystkich elementach skończonych. Podsumowanie Wykorzystanie metody elementów skończonych do obliczeń wytrzymałościowych złącz izolujących pozwoliło na szybkie uzyskanie i porównanie wyników. Biorąc pod uwagę rozpiętość geometryczną monobloków DN15 DN500 oraz trudność w obliczeniach metodą analityczną wynikającą z połączenia metalu z tworzywem sztucznym w krótkim czasie dokonano modyfikacji konstrukcyjnych i geometrycznych złącza, czyniąc je bardziej wytrzymałe i niezawodne. Ponadto zrezygnowano z przeprowadzania próby na zginanie, gdyż na podstawie naprężeń zredukowanych i przemieszczeń, stwierdzono iż wystarczająca jest próba szczelnościowa weryfikująca bardzo dokładnie jakość wykonania i szczelność monobloku. W próbie szczelnościowej naprężenia rozciągające są o wiele bardziej niebezpieczne w przeciwieństwie do próby wytrzymałości na zginanie. Ponadto znaleziono związek między naprężeniami rozciągającymi a momentem gnącym, który je wywołuje. Dzięki metodzie elementów skończonych zmniejszono koszty produkcji monobloków i poprawiono ich konstrukcje, stosowanie szybkich komputerów wieloprocesorowych w przyszłości pozwoli na szybkie rozwiązanie jeszcze trudniejszych zagadnień. Przeznaczenie monobloków - gaz, - media płynne (woda, scieki, benzyna itp.), wewnętrzna powierzchnia monobloku jest wtedy pokrywana farbą elektroizolacyjną, - rodzaje monobloków - (kołnierzowe, z gwinetm itd.) lub na życzenie klienta, Bibliografia 1. Ochrona elektrochemiczna przed korozją, Warszawa, WNT 1991. 2. Zielnica W., Wytrzymałość materiałów, Politechnika Poznańska 1995. 132