Часть серии вопросов и ответов к экзаменам по анализу и проектированию за разные годы

Thread Content

Последнее изменение в этом посте было сделано B0SS 17.04.2018 в 21:45. 1. Самопрезентация (университет, в котором окончили, компания, в которой работают и т. д.)? 2. Презентация собственного отчета по анализу: построение модели, граничные условия нагрузок и смещений, результаты анализа, постобработка, выводы и т. д.? 3. В чем разница между стандартным проектированием и аналитическим проектированием сосудов под давлением? 【Стандартный метод проектирования】Толщина элемента рассчитывается на основе критерия упругого срыва и напряжений в тонкой пленке. Ограничивается максимальное напряжение определенным допустимым значением (обычно в 1 раз больше допустимого напряжения). Локальные напряжения, такие как значительные граничные напряжения внутри контейнера, отражаются с помощью коэффициентов усиления напряжений; максимальное напряжение с учетом локальных напряжений получает тот же допустимый уровень напряжения, что и напряжение в пленке. Толщина цилиндров и сферических корпусов согласно стандарту GB/T150 рассчитывается с учетом напряжений в тонкой оболочке элемента (абсолютных напряжений в тонкой оболочке) и контролируется на уровне, равном 1 разу допустимым напряжениям. Что касается толщины эллиптических и дисковидных колпаков, то при их расчете учитываются локальные напряжения, возникающие под воздействием эффектов на краях колпаков и цилиндра; максимальное напряжение, получаемое в результате суммирования этих напряжений и напряжений в тонкой пленке, контролируется таким образом, чтобы оно не превышало в 1 раз значение допустимого напряжения. Традиционные методы проектирования просты, но не всегда рациональны и склонны к консерватизму. 【Метод анализа и проектирования】Основываясь на критериях пластического и эластопластического разрушения, с учетом различных напряжений в контейнере — таких как общее напряжение в пленке, напряжения на краях, пиковые напряжения — производятся точные расчеты. Напряжения классифицируются в зависимости от формы разрушения, вызванной ими; для каждой формы разрушения устанавливаются свои ограничения на прочность. На основе этого рассчитывается толщина элемента. Емкости, спроектированные согласно этому методу, более научно обоснованны, безопасны и надежны, а также позволяют добиться определенной экономической выгоды. В стандарте JB/T4732 расчет толщины различных элементов основан на анализе напряжений с применением третьей теории прочности. Формулы для расчета внутреннего цилиндра и сферической оболочки формально совпадают с соответствующими формулами стандарта GB/T150, однако их значение при расчете совершенно различно. Аналитический дизайн, позволяющий различать характер и воздействие различных нагрузок, полностью раскрывает потенциал материала по выдерживанию нагрузок, в связи с чем предъявляет высокие технические требования к материалам, процессам производства и контроля. 4. Каков диапазон применения JB/T4732? 1). Резервуары с проектным давлением от 0,1 МПа до 100 МПа ； 2). Резервуары с уровнем вакуума, равным или превышающим 0,02 МПа ； 3). Температура проектирования должна быть ниже соответствующей температуры, при которой контролируется допустимая прочность материала под действием крипта. 5. Почему на малом конце конусной оболочки контроль осуществляется с учетом напряжения, равного 1,1 раза допустимому? Область локальных напряжений – это та область, в которой расстояние вдоль оси натяжения не превышает значения (Disδr/2)0,5, а интенсивность напряжений превышает 1,1 раза допустимое значение напряжения. Согласно стандартам проектирования JB/T4732, для контроля за такими областями следует использовать значение напряжения, равное 1,5 раза допустимому значению. Для малого конца конической оболочки уровень общего напряжения довольно высок. Если использовать в качестве критерия контроля значение, равное 1,5 раза допустимому напряжению, то значения локальных напряжений в тонкой оболочке превысят 1,1 раза допустимое напряжение; такие значения будут больше чем (Disδr/2)0,5. Поэтому для обеспечения безопасности в качестве критерия контроля здесь используется значение, равное 1,1 раза допустимому напряжению. 6. Принцип виртуальной работы и принцип Сен-Венана? 【Принцип мнимой работы】, также известный как принцип мнимого смещения, был сформулирован Лагранжем в 1764 году. Суть заключается в следующем: если система из частиц изначально находится в состоянии покоя, и ограничения, действующие на нее, являются идеальными двусторонними постоянными ограничениями, то условием того, чтобы система продолжала находиться в состоянии покоя, является равенство нулю суммы работ, выполняемых всеми основными силами, действующими на систему, относительно виртуальных перемещений точек приложения этих сил. 【Принцип Сен-Венана】 — это фундаментальный принцип упругой механики. Содержание: Напряжения в теле объекта, возникающие под действием нагрузки, расположенной на небольшой площади (или объеме) эластомера, в некотором удалении от зоны действия нагрузки определяются в основном суммарной силой и суммарным моментом этой нагрузки ； Конкретное распределение нагрузки влияет только на распределение напряжений в области, где действует нагрузка. Существует ещё один эквивалентный способ формулировки: если сумма нагрузок, действующих на небольшую площадь (или объем) упругого тела, а также сумма моментов от этих нагрузок равны нулю, то в областях, удаленных от места действия нагрузок, напряжения будут практически равны нулю. 7. Анализ спектра реакции и анализ во времени? Метод анализа спектров реакции представляет собой квазистатический метод. Хотя он позволяет учитывать два основных фактора: максимальные значения амплитуды колебаний конструкции в различных частотных диапазонах и сам спектр колебаний, он не учитывает фактор времени. Исследования последствий землетрясений показывают, что некоторые конструкции, спроектированные с использованием теории спектров реакции, также подвергались серьезным повреждениям при землетрясениях, интенсивность которых не превышала установленного уровня. Это наглядно демонстрирует, что фактор времени также должен учитываться при проектировании. Метод реакционных спектров игнорирует случайный характер сейсмических воздействий и не учитывает явление перехода конструкции в пластическое состояние при редко возникающих землетрясениях, когда из-за изменений её динамических характеристик — таких как период колебаний, демпфирование, формы моды колебаний — происходит перераспределение внутренних нагрузок в конструкции. Метод спектра реакции предполагает, что сейсмические возмущения во всех опорах конструкции одинаковы, и игнорирует взаимодействие между фундаментом и грунтом. 【Метод анализа по времени】 — это метод динамического анализа, при котором динамические уравнения конструкции решаются путем поэтапной интеграции. Метод временного анализа позволяет определить весь процесс сейсмической реакции конструкции, а также состояние нагрузок и деформаций отдельных элементов конструкции на протяжении землетрясения. Благодаря этому можно выявить слабые места конструкции. Этот метод является относительно точным: он позволяет учитывать не только перераспределение внутренних сил в конструкции после её перехода в пластическое состояние, но и фиксировать весь процесс реакции конструкции. Однако он отражает лишь характеристики конструкции под действием определенной сейсмической волны и зачастую не имеет общего значения. 8. Граничные условия для сил и смещений на симметричных и антисимметричных плоскостях? На симметричной поверхности нормальное смещение равно нулю, а напряжения в тангенциальном направлении также равны нулю ； На антисимметричной поверхности смещение в тангенциальном направлении равно 0, а нормальное напряжение также равно 0. 9. Разрешается ли использование усиливающих кольцев по стандарту JB/T4732? 1). Нижний предел стандартной прочности стали на растяжение при комнатной температуре должен быть меньше или равен 540 МПа ； 2). Толщина усиливающего кольца меньше или равна 1,5 раза толщине стенки ； 3). Номинальная толщина вращающейся оболочки составляет не более 38 мм. 10. Корректировка коэффициента безопасности новых стандартов на прочность: предел прочности увеличивается до 2,4. Какие материалы этим затронуты? Сильное влияние оказывает на высокопрочные стали, а на углеродистые и низколегированные стали — менее сильное. 11. Понятие напряжения: первичное напряжение, вторичное напряжение и пиковое напряжение, приведите примеры? 【Однократное напряжение】 — это нормальное или сдвиговое напряжение, необходимое для компенсации давления и других механических нагрузок. Для идеального пластичного материала общее пластическое деформирование, вызванное однократным напряжением, является неограниченным. То есть, когда пластическая зона в структуре расширяется до такой степени, что структура становится геометрически изменчивой, наступает предельное состояние. Даже при отсутствии дальнейшего увеличения нагрузки продолжается неограниченное пластическое деформирование до момента разрушения. Постоянное напряжение делится на: постоянное общее тонкостенное напряжение (например, тонкостенное напряжение, возникающее в различных корпусах под действием равномерного внутреннего давления или распределенных нагрузок) ； Однократное локальное напряжение пленки (например, напряжение пленки, возникающее в местах крепления корпуса или на соединениях под действием внешних нагрузок и моментов) ； Напряжение изгиба: напряжение изгиба, распределяющееся линейно вдоль толщины сечения и необходимое для компенсации давления или других механических нагрузок (например, напряжение изгиба, возникающее в центральной части плоской крышки под действием внутреннего давления) ； Типичная зона с равномерно расположенными отверстиями для труб) 【Вторичные напряжения】 — это нормальные или сдвиговые напряжения, необходимые для соблюдения внешних ограничений или требований к непрерывности деформации самой конструкции. Основной характеристикой вторичных напряжений является их самоограничиваемость: локальное плавление материала и небольшие деформации достаточны для того, чтобы выполнить условия ограничений или требования к непрерывности деформации, в результате чего деформация больше не увеличивается. При отсутствии повторной нагрузки вторичные напряжения не приведут к разрушению конструкции. (например: общее тепловое напряжение и напряжения изгиба в зонах общей структурной непрерывности) ； 【Пиковое напряжение】 — это дополнительное увеличение напряжения, возникающее под влиянием локальных структурных несоответствий или локальных тепловых напряжений к первоначальному и вторичному напряжениям. Характерной чертой пикового напряжения является одновременное наличие самоограничения и локальности; оно не приводит к значительным деформациям ； Его вред заключается в том, что он может привести к появлению усталостных трещин или к хрупкому разрушению. (Например: нелинейное распределение напряжений вдоль толщины при увеличении напряжений в местах соединения корпусных трубок, обусловленном локальной несоединенностью конструкции) ； Тепловые напряжения в многослойной структуре контейнера из композитных стальных пластин). 12. Непрерывность общей структуры и локальной структуры? 【Непрерывность общей структуры】 означает нарушение геометрической формы или свойств материала, что приводит к изменению напряжений или деформаций в больших участках конструкции и существенно влияет на общее распределение напряжений и деформаций в ней. Примерами могут служить места соединения крышек, фланцев, переходных трубок, опор с корпусом, а также места соединения корпусов с разным диаметром или толщиной стенок. 【Локальная структурная несоединенность】 означает нарушение геометрической формы или свойств материала, которое приводит к изменению напряжений или деформаций лишь в небольшой области конструкции и не оказывает значительного влияния на общее распределение напряжений и деформаций конструкции. Примерами могут служить небольшие фаски на поверхностях, места соединения корпуса с небольшими элементами крепления, а также сварные швы, в которых происходит неполное спаивание. 13. Как учитываются сейсмические нагрузки при проектировании? Можно применять сейсмические ускорения в горизонтальном и вертикальном направлениях, чтобы учесть влияние сейсмических нагрузок на оборудование. 14. Разбиение неправильной области на гексаэдрическую сетку? 1) Использование сетки разбиения по телу: форма тела должна быть блоковидной (6 граней), клиновидной (5 граней) или тетраэдрической ； Противоположные стороны тела должны быть разделены на одинаковое количество элементов или сгруппированы в соответствии с формой переходной сетки, применимой к сетке гексаэдра ； Если тело представляет собой призму или тетраэдр, то количество элементов на треугольных гранях должно быть четным. Если количество граней композита превышает установленные ограничения, необходимо уменьшить их количество для формирования сетки маппинга. Можно выполнять операции добавления или соединения по противоположным сторонам. Если на поверхностях, которые нужно соединить, имеются линии соприкосновения, то эти линии должны быть соединены между собой; сначала необходимо соединить самые поверхности, а уже затем — линии. 2) Разбиение сеткой с использованием метода сканирования объема: можно сканировать сетку с одной из граней через весь объем (этот объем должен существовать и не иметь разбитой сетки), чтобы создать элементы объема. Если сетка исходной поверхности состоит из четырехугольников, то формируется сетка из гексаэдров. Если поверхность состоит из треугольной сетки, то формируются клиновидные элементы. Если поверхность состоит из треугольников и четырехугольников, то тело заполняется клинами и гексаэдрами. 3) Разделить тело неправильной формы на отдельные более или менее правильные тела, указать количество частей для каждой линии тела и использовать элементы в форме гексаэдров для построения сетки. 15. Принцип линейной эквивалентности напряжений? Метод линеаризации происходит из теории пластин и оболочек. В теории пластин и оболочек напряжения в тонкой пленке и напряжения изгиба являются силами, параллельными средней плоскости; они распределяются равномерно вдоль толщины соответственно и линейно. А поперечное сдвиговое напряжение распределяется по толщине по закону параболы; оно не является ни напряжением в тонкой пленке, ни напряжением изгиба. Так называемая эквивалентная линеаризация представляет собой процедуру расчета кривой распределения напряжений, при которой согласно принципу статической эквивалентности напряжения разделяются на 3 части. Одна из этих частей соответствует суммарному напряжению и распределяется равномерно вдоль толщины сечения (или вдоль линии классификации напряжений SCL) в виде тонкого слоя напряжений ； Вторая часть эквивалентна суммарному моменту сил; напряжение изгиба распределяется линейно вдоль толщины сечения (или SCL) ； Третья часть — это пиковое напряжение с нелинейным распределением вдоль толщины сечения (или SCL), при котором сумма сил и моментов равны нулю.