Eine der Serien zu Fragen und Antworten zu den Prüfungsfragen zur Analyse und Gestaltung im Laufe der Jahre

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von B0SS am 17.4.2018 um 21:45 bearbeitet. 1. Selbstdarstellung (Universität, bei der man studiert hat, Unternehmen, in dem man arbeitet usw.)? 2. Vorstellung des eigenen Analyseberichts: Modellbildung, Last- und Verschiebungsrandbedingungen, Analyseergebnisse, Nachverarbeitung, Schlussfolgerungen usw.? 3. Was ist der Unterschied zwischen der herkömmlichen Konstruktion und der analytischen Konstruktion von Druckbehältern? 【Herkömmliche Designmethode】Die Dicke des Elements wird unter Berücksichtigung eines elastischen Versagenskriteriums und auf der Grundlage der Spannungen in der Schicht berechnet. Es wird festgelegt, dass der maximale Spannungswert einen bestimmten zulässigen Wert nicht überschreiten darf (in der Regel 1-facher zulässiger Spannungswert). Lokale Spannungen wie hohe Randspannungen im Behälter werden in Form eines Spannungsverstärkungsfaktors ausgedrückt, und für die maximale Spannung unter Berücksichtigung dieser lokalen Spannungen wird derselbe zulässige Spannungswert wie für die Spannungen in der Membran verwendet. Die Dicken von Zylindern und Kugelschalen nach der Norm GB/T150 werden unter Berücksichtigung der Schichtspannungen in den Komponenten (primäre Gesamtschichtspannung) berechnet, wobei ein Wert auf dem Niveau der zulässigen Spannung eingehalten wird. Bei der Dicke der elliptischen und diskusförmigen Deckel wird der lokale Spannungsdruck berücksichtigt, der durch die Effekte an den Rändern des Deckels sowie des Zylinders entsteht. Der maximale Spannungsdruck, der dabei entsteht, wird anschließend mit dem zulässigen Spannungsdruck verglichen – er soll dabei nicht höher als dieser sein. Die herkömmlichen Entwurfsmethoden sind einfach, aber nicht optimal und neigen zum Konservatismus. 【Analytisch-entwurfsbasierte Methode】Auf der Grundlage von Kriterien für plastisches und elasto-plastisches Versagen werden alle Arten von Spannungen im Behälter berücksichtigt – wie die Gesamtspannung in der Schicht, die Randspannungen sowie die Spitzenspannungen. Dadurch werden genaue Berechnungen durchgeführt. Die Spannungen werden zudem kategorisiert, und je nach Art der durch sie verursachten Zerstörungsformen werden unterschiedliche Festigkeitsanforderungen festgelegt. Auf dieser Basis wird dann die Dicke des Elements berechnet. Behälter, die nach diesem Verfahren entworfen werden, sind wissenschaftlich fundierter, sicherer und zuverlässiger sowie können bestimmte wirtschaftliche Vorteile mit sich bringen. In der Norm JB/T4732 wird die Berechnung der Dicke der verschiedenen Komponenten auf der Grundlage einer Spannungsanalyse vorgenommen, wobei die dritte Festigkeitstheorie angewandt wird. Die Formeln zur Berechnung der Innendruckzylinder und -kugelhüllen sind zwar formal den entsprechenden Formeln in GB/T150 gleich, doch ihre Bedeutung bei der Berechnung ist völlig unterschiedlich. Durch die Unterscheidung der Eigenschaften und Wirkungen verschiedener Belastungen wird das Tragfähigkeitspotenzial der Materialien voll ausgeschöpft. Dadurch entstehen hohe technische Anforderungen an die Materialien sowie an die Fertigung und Prüfung. 4. Welcher Anwendungsbereich gilt für JB/T4732? 1). Behälter mit einem Entwurfsdruck von mindestens 0,1 MPa und weniger als 100 MPa ； 2). Behälter mit einem Vakuumgrad von 0,02 MPa oder höher ； 3) Die Konstruktionstemperatur sollte unter der jeweiligen Temperatur liegen, bei der die zulässige Spannungsstärke durch Kreuzungseffekte begrenzt wird. 5. Warum wird der kleine Ende des Kegelgehäuses mit einem zulässigen Spannungswert von 1,1 kontrolliert? Ein lokales Spannungsbereich ist ein Bereich, in dem die Ausdehnung in Längsrichtung nicht größer als (Disδr/2)0,5 ist und bei dem die Spannungsstärke 1,1-mal der zulässigen Spannung übersteigt. Gemäß den Analyse- und Entwurfsstandards JB/T4732 soll dabei eine Spannung von 1,5-mal der zulässigen Spannung als Kontrollwert verwendet werden. Am kleinen Ende der Kegelhülle ist das Gesamtstressniveau hoch. Wenn man eine Kontrollgröße von 1,5-fach dem zulässigen Stresswert verwendet, dann überschreitet der lokale Schichtstress im Bereich von mehr als 1,1-fach dem zulässigen Stresswert den Wert (Disδr/2)0,5. Um Sicherheit zu gewährleisten, wird hier daher ein Kontrollwert von 1,1-fach dem zulässigen Stresswert verwendet. 6. Das Prinzip der virtuellen Arbeit und das Prinzip von Saint-Venant? Das Prinzip der virtuellen Arbeit, auch bekannt als Prinzip der virtuellen Verschiebungen, wurde 1764 von Lagrange aufgestellt. Sein Inhalt lautet: Ein ursprünglich ruhender Teilchensystem bleibt unter der Bedingung ruhig, dass die Beschränkungen ideale, doppelseitige, konstante Beschränkungen sind – und zwar dann, wenn die Summe der Arbeiten aller wirkenden Kräfte am Punkt der Anwendung bezüglich der virtuellen Verschiebungen gleich null ist. Das Prinzip von Saint-Venant ist ein grundlegendes Prinzip der Elastizitätsmechanik. Der Inhalt lautet: Der Spannungsgrad im Objekt, der durch eine Last verursacht wird, die sich auf einer kleinen Fläche (oder einem kleinen Volumen) des Elastomers befindet, hängt in geringer Entfernung von der Stelle, an der die Last wirkt, im Wesentlichen nur von der Summe der Kräfte sowie dem Drehmoment dieser Kräfte ab ； Die genaue Verteilung der Lasten beeinflusst nur die Spannungsverteilung in der Nähe des Bereichs, in dem die Lasten wirken. Es gibt auch eine äquivalente Formulierung: Wenn die Summe der Kräfte sowie die Summe der Drehmomente, die auf einen kleinen Bereich (oder ein kleines Volumen) des Elastomers wirken, beide null sind, dann sind die Spannungen in den Bereichen, die weit entfernt von dem Ort der Kraftwirkung liegen, nahezu null. 7. Reaktions-Spektralanalyse und Zeitverlaufsanalyse? Die Methode der Reaktionsfrequenzanalyse ist eine quasi-statische Methode. Obwohl sie es ermöglicht, sowohl die maximalen Amplituden der Schwingungen in den verschiedenen Frequenzbändern der Struktur als auch die Eigenschaften des Spektrums zu berücksichtigen, wird dabei der Faktor der Dauer der Schwingungen nicht berücksichtigt. Untersuchungen zu Schäden durch Erdbeben zeigen, dass einige nach der Theorie der Reaktionsfrequenzen konstruierte Strukturen auch bei Erdbeben, deren Intensität unter der festgelegten Schutzstufe lag, erhebliche Schäden erlitten haben. Dies zeigt deutlich, dass der Faktor der Dauer der Schwingungen bei der Konstruktion berücksichtigt werden sollte. Die Reaktionsfrequenzmethode ignoriert die Zufälligkeit der Erdbebenwirkungen und kann das Phänomen nicht berücksichtigen, dass sich bei seltenen Erdbeben die dynamischen Eigenschaften der Struktur – wie ihre Periode, Dämpfung und Schwingungsformen – ändern, wodurch sich die inneren Kräfte in der Struktur neu verteilen. Die Reaktionsspektrumsmethode geht davon aus, dass die Erdbebenbewegungen an allen Unterzügen der Struktur völlig gleich sind, und ignoriert die Wechselwirkung zwischen Fundament und Bodenschicht. Die **Zeitverlaufsanalyse** ist eine Methode der dynamischen Analyse, bei der die dynamischen Gleichungen einer Struktur direkt durch schrittweises Integrieren gelöst werden. Die Zeitanalyse kann den gesamten Verlauf der seismischen Reaktion einer Struktur darstellen. Zudem lassen sich durch sie die Kräfte und Deformationen der einzelnen Bauteile in der Phase der plastischen Deformation ermitteln. Dadurch können die Schwachstellen der Struktur identifiziert werden. Diese Methode ist eine relativ präzise Methode, die nicht nur die Umverteilung der inneren Kräfte berücksichtigen kann, nachdem die Struktur in den plastischen Zustand übergegangen ist, sondern auch den gesamten Verlauf der Reaktion der Struktur aufzeichnen kann. Doch es zeigt nur die Leistung der Struktur unter dem Einfluss einer bestimmten Seismwelle und ist oft nicht allgemeingültig. 8. Grenzbedingungen für Kräfte und Deformationen an symmetrischen und antisymmetrischen Flächen? Auf der Symmetrieebene ist die normale Verschiebung null, und der Schub in der Tangentialrichtung beträgt 0 ； Auf der antisymmetrischen Fläche ist die tangentielle Verschiebung 0 und der normale Druck 0. 9. Erlaubt JB/T4732 die Verwendung von Verstärkungsringen? 1). Der Mindestwert der Standard-Zugfestigkeit von Stählen bei Raumtemperatur beträgt 540 MPa oder weniger ； 2) Die Dicke des Verstärkungsringes beträgt weniger als oder gleich 1,5 Mal die Wanddicke ； 3) Die Nennstärke der Drehgehäuse beträgt weniger als oder gleich 38 mm. 10. Anpassung des Sicherheitsfaktors für die neuen Festigkeitsvorschriften, Zugfestigkeit wird auf 2,4 erhöht – welche Materialien werden davon betroffen? Es hat einen größeren Einfluss auf Hochleistungsstähle und einen geringeren Einfluss auf Kohlenstoffstähle und niedriglegierte Stähle. 11. Konzept des Spannungsdrucks: Primärspannung, Sekundärspannung und Spitzenspannung – mit Beispielen? 【Einzelfestigkeit】 ist die normale oder Scherfestigkeit, die notwendig ist, um den Druck sowie andere mechanische Belastungen auszugleichen. Für ideale plastische Materialien ist der durch einen einzigen Spannungsstoß verursachte gesamte plastische Fluss nicht begrenzt. Das bedeutet, dass, wenn sich die plastischen Bereiche im Material so ausdehnen, dass das Material zu einer geometrisch verformbaren Struktur wird, ein Grenzzustand erreicht wird. Selbst wenn die Last nicht weiter erhöht wird, setzt sich der ungebremste plastische Fluss fort, bis schließlich eine Zerstörung eintritt. Die Primärbelastung lässt sich in: die gesamte Primärmembranbelastung (zum Beispiel die durch den Gleichgewichtsdruck oder lastverteilte Kräfte in verschiedenen Gehäusen verursachte Membranbelastung) unterteilen ； Ein lokaler Schichtspannungsdruck (zum Beispiel der durch äußere Lasten und Momente an den festen Haltepunkten oder Anschlüssen der Hülle verursachte Schichtspannungsdruck) ； Biegestress: Der entlang der Dicke der Querschnittsfläche linear verteilt sein muss, um den Gleichgewichtsdruck oder andere mechanische Belastungen auszugleichen (zum Beispiel der durch den Innendruck verursachte Biegestress in der Mitte einer flachen Abdeckung) ； Typische Bänder mit gleichmäßig angeordneten Rohröffnungen) 【Sekundärspannungen】 sind die Normal- oder Scherkräfte, die erforderlich sind, um die äußeren Beschränkungen oder die Anforderungen an die kontinuierliche Deformation der Struktur zu erfüllen. Die grundlegende Eigenschaft des sekundären Spannungszustands ist seine Selbstbegrenzung – das heißt, bereits eine lokale Versagen oder geringe Deformationen reichen aus, um die Beschränkungen oder Anforderungen an die Kontinuität der Deformation zu erfüllen. Dadurch wird eine weitere Zunahme der Deformation verhindert. Solange es keine wiederholte Belastung gibt, führen sekundäre Spannungen nicht zu einer Strukturzerstörung. (zum Beispiel: Gesamtwärmestress und Biegestress an Stellen der Gesamtstruktur mit Unterbrechungen) ； 【Maximaler Spannungsdruck】Der auf den primären und sekundären Spannungen aufaddierte Spannungszuwachs, der durch lokale strukturelle Unstetigkeiten oder lokale thermische Spannungen verursacht wird. Das Merkmal des Spitzenstresses ist, dass er gleichzeitig selbstbegrenzend und lokal ist; er verursacht keine deutliche Deformation ； Die Gefahr besteht darin, dass es zu Ermüdungsrissen oder bruchempfindlichem Zerbrechen kommen kann. (Zum Beispiel: Die stressbedingten Veränderungen an den Verbindungsstellen der Gehäuseanschlüsse, die durch lokale Strukturunterschiede entstehen, sind in der Dicke des Materials nichtlinear verteilt.) ； Thermische Spannungen im Mehrschichtaufbau in Behältern aus Verbundstahlplatten). 12. Ist die Gesamtstruktur von der lokalen Struktur unkontinuierlich? 【Gesamtkonstruktive Diskontinuitäten】bezeichnen Diskontinuitäten in der geometrischen Form oder im Material, die dazu führen, dass sich der Stress oder die Dehnung im gesamten Bauteil ändert. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die gesamte Spannungsverteilung sowie die Deformation des Bauteils. Beispiele dafür sind die Verbindungsstellen zwischen Deckeln, Flanschen, Anschlussrohren, Unterstützungen und dem Gehäuse sowie die Verbindungsstellen von Gehäuseteilen mit unterschiedlichem Durchmesser oder Wandstärke. „Lokale Strukturunterschiede“ bezeichnen Unregelmäßigkeiten in der Geometrie oder im Material. Sie führen lediglich zu Veränderungen der Spannungen oder Dehnungen in einem sehr kleinen Bereich der Struktur und haben keinen nennenswerten Einfluss auf die gesamte Spannungsverteilung sowie die Deformation der Struktur. Beispiele dafür sind kleine Übergangskanten, Stellen, an denen eine Hülle mit kleinen Anbauteilen verbunden ist, sowie Schweißnähte, die nicht vollständig durchgeschmolzen sind. 13. Wie werden bei der Analyse und Planung die Erdbebenkräfte berücksichtigt? Es können seismische Beschleunigungen in horizontaler und vertikaler Richtung angewendet werden, um die Auswirkungen der Erdbebenkräfte auf die Anlagen zu berücksichtigen. 14. Unregelmäßige Bereiche in ein Hexahedron-Netz aufteilen? 1) Verwendung einer Körpermapping-Netzwerkunterteilung: Die Form des Körpers sollte blockartig (6 Flächen), keilförmig (5 Flächen) oder tetraedrisch sein ； Die gegenüberliegenden Kanten des Körpers müssen die gleiche Anzahl an Elementen aufweisen, oder die Aufteilung muss der Form eines Übergangsgitters entsprechen – was für die Aufteilung von Hexahedrargittern gilt ； Wenn der Körper ein Prisma oder ein Tetraeder ist, muss die Anzahl der Elemente auf den dreieckigen Flächen gerade sein. Wenn die Anzahl der Flächen des Komplexes die oben genannten Grenzwerte überschreitet, muss die Anzahl der Flächen verringert werden, um eine geeignete Gitterstruktur zu erstellen. Man kann an gegenüberliegenden Seiten Additions- oder Verbindungsoperationen durchführen. Wenn die zu verbindenden Flächen eine Trennlinie aufweisen, muss diese Linie miteinander verbunden werden – erst danach können die Flächen miteinander verbunden werden. 2) Netzteilung mit der Volumen-Sweep-Methode: Es ist möglich, von einem Randflächennetz aus durch das gesamte Volumen zu „sweepen“ (dieses Volumen muss vorhanden sein und noch nicht in ein Netz aufgeteilt worden sein), um Volumeneinheiten zu erzeugen. Wenn das Gitter der Quellfläche aus Quadraten besteht, entsteht ein Hexahedrongitter. Wenn die Fläche aus einem dreieckigen Gitter besteht, entstehen Keilelemente. Wenn die Fläche aus Dreiecken und Vierseitenformen besteht, dann wird der Körper gemeinsam von Keilen und Hexaedern ausgefüllt. 3) Unregelmäßig geformte Körper werden in relativ regelmäßige Körper aufgeteilt, für jede Linie des Körpers wird die Anzahl der Teilungen festgelegt, und zur Gitterbildung werden Würfelzellen verwendet. 15. Prinzip der äquivalenten Linearisierung von Spannungen? Die Methoden der Linearisierung stammen aus der Platten- und Kastentheorie. In der Platten-Korpus-Theorie sind sowohl die Schichtspannungen als auch die Biegespannungen Normalspannungen, die parallel zur Mittellinie verlaufen. Sie sind jeweils gleichmäßig über die Dicke verteilt bzw. linear verteilt. Der Querschnittsdruck hingegen ist in der Dicke parabolisch verteilt; er ist weder ein Schichtdruck noch ein Biegedruck. Die sogenannte äquivalente Linearisierung bedeutet, dass die Berechnung der Spannungsverteilung gemäß dem Prinzip der statischen Äquivalenz in drei Teile aufgeteilt wird. Ein Teil entspricht der resultierenden Gesamtkraft und ist als Schichtspannung gleichmäßig über die Dicke der Querschnittsfläche verteilt – oder entlang der Spannungsklassifizierungslinie SCL ； Der zweite Teil entspricht dem resultierenden Drehmoment und weist einen biegsamen Spannungsverlauf auf, der entlang der Dicke der Querschnittsfläche (oder SCL) linear verteilt ist ； Der dritte Teil betrifft den Spitzenwert der Spannung, der entlang der Dicke der Querschnittsfläche (oder SCL) in einer nichtlinearen Weise verteilt ist – wobei sowohl die resultierende Kraft als auch das resultierende Drehmoment null sind.