КЭ исследование пространственного напряженного состояния шарового крана выполнено с помощью программной системы КЭ анализа NEiNastran. КЭ модель для решения задач механики содержит 69 150 10-узловых элементов, 133 312 узлов и 399 936 степеней свободы (по три степени свободы в каждом узле – перемещения Ux, Uy, Uz).
В работе выполнено: разработка пространственных (3-D) и конечно-элементных (КЭ) моделей; КЭ исследование 3-D напряженно-деформированного состояния шарового крана Ду-800 в рабочих режимах эксплуатации; определение коэффициентов запаса в элементах конструкции Ду-800, находящейся под действием внутреннего давления теплоносителя.
Корпус, штуцер и поворотный шар изготовлены из стали: модуль Юнга Ем = 189 ГПа, коэффициент Пуассона nм = 0.28.
Граничные условия: на внутреннюю рабочую поверхность крана, действует давление Р = 4 МПа.
Результаты КЭ решения задачи механики представлены на рис. 3 – режим открыт, на рис. 4 – режим закрыт в виде распределения эквивалентных по Мизесу напряжений в поворотном шаре, корпусе и штуцере шарового крана.
Максимальное эквивалентное напряжение по Мизесу ?eqv наблюдается для закрытого крана в поворотном шаре и составляет 140,5 МПа. Анализ величин напряжений показал значительные значения коэффициента запаса (k) в корпусе и штуцере крана – свыше 7. Это свидетельствует об излишней металлоемкости корпуса и штуцера шарового крана и о необходимости перепроектирования этих элементов крана с целью снижения веса конструкции.
Рис.3. Распределение эквивалентных напряжений ?eqv в режиме “открыт”, Па
Рис.4. Распределение эквивалентных напряжений ?eqv в режиме “закрыт”, Па
Исследование выполнено сотрудниками лаборатории "Вычислительная механика" (CompMechLab)