ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 539.3:624.04:004.942

Технічна механіка, 2024, 1, 58 - 65

СКІНЧЕННО-ЕЛЕМЕНТНА МОДЕЛЬ ВЕРТИКАЛЬНОГО РЕЗЕРВУАРА НА ЖОРСТКІЙ ОСНОВІ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2024.01.058

Кучеpенкo O. Є.

Кучеpенкo O. Є.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

      У даній статті розглядається задача скінченно-елементного моделювання вертикального сталевого резервуара об’ємом 20000 кубічних метрів, який зазнає впливу статичних навантажень. Зазначена структура має циліндричну стінку загальною висотою 17880 мм та діаметром 39900 мм. Товщини поясів стінки визначаються на основі інженерних розрахунків міцності та стійкості. Модель представлена у вісесиметричному вигляді; досліджується напружено-деформований стан циліндричної стінки, проводиться аналіз зони контакту плоского днища з жорсткою основою при різних параметрах навантаження – надлишкового та гідростатичного тисків. Розробка моделі виконується за допомогою програмного комплексу для скінченно-елементного моделювання ANSYS Mechanical; використовуються тривимірні елементи типу SOLID186 та SHELL281 для вісесиметричного моделювання оболонкової структури в тривимірній постановці. Для моделювання зони контакту застосовуються скінченні елементи CONTA174, які використовуються для подання рухомої поверхні зі сторони днища та TARGE170 (зі сторони нерухомої жорсткої основи). Для верифікації моделі порівнюються радіальні переміщення оболонки, отримані за допомогою чисельного моделювання, з аналітично обчисленими значеннями. Розбіжність не перевищує 4 %, що свідчить про адекватність скінченно-елементної моделі. Аналіз зони контакту проводиться для нестандартних умов експлуатації, таких як аварійний надлишковий внутрішній тиск в резервуарі (2.5 та 3 кПа порівняно з 2 кПа за нормальних умов). Модель зони контакту "днище–основа" з одностороннім зв’язком дозволяє відрив днища від основи, при цьому відбувається розкриття контакту. Повний відрив днища від основи відбувається за певної комбінації надлишкового та гідростатичного тисків в резервуарі. Зменшення відриву при певних значеннях рівня рідини може пояснюватися зменшенням ефекту відриву від надлишкового тиску, при цьому водночас відбувається процес розвитку внутрішнього відриву, спричинений зростаючим моментом від гідростатичного тиску. Внутрішній відрив призводить до збільшення величини згинального моменту в точці сполучення стінки з днищем, що при певних умовах може привести до виникнення пластичних деформацій з подальшим розвитком аварійного стану.
     

оболонка, резервуар, моделювання, основа, тиск, скінчений елемент, контакт, ANSYS

1. Timoshenko S., Gere J. Theory of elastic stability. New York: McGraw-Hill Book Company, Inc. 1961. 541 р.

2. Priestley M. J. N. Analysis and design of circular prestressed concrete storage tanks. PCI Journal. 1985. Vol. 30, Issue 4. P. 64–85. https://doi.org/10.15554/pcij.07011985.64.85

3. Гудрамович В. С., Деменков А. Ф., Егоров Е. А., Репринцев А. В. О влиянии технологи изготовления на несущую способность стальных резервуаров. Проблемы прочности. 2006. №4. С. 125–131. https://doi.org/10.1007/s11223-006-0060-3

4. Деменков А. Ф., Репринцев А. В., Самарская Е. В. Влияние технологических и эксплуатационных дефектов на прочность вертикальных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов. Вісник Дніпропетровського ун-ту. 2006. № 2/2, Вип. 10. С. 51–55.

5. Tarasenko A. A., Chepur P. V., Chirkov S. V., Tarasenko D. A. Steel Storage Oil Tank Simulated Using Ansys Workbench 14.5. Fundamental research. 2013. №10. С. 3404–3408.

6. Krivenko O. P., Vorona Yu. V., Kozak A. A. Finite element analysis of nonlinear deformation, stability and vibrations of elastic thin-walled structures. In: Strength of Materials and Theory of Structures. Iss. 107. Kyiv: KNUBA, 2021. Pp. 20–34. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2021.107.20-34

7. Єгоров Є. А., Кучеренко О. Є. Щодо оптимальної топології підпірної стінки. Опір матеріалів і теорія споруд: наук.-тех. збірн. К.: КНУБА, 2022. Вип. 108. С. 369–376. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2022.108.369-376

8. ДБН В.2.6-198:2014. Сталеві конструкції. Норми проєктування. К.: Мінрегіон України, 2014. 199 с.

9. Cavalieri F. J, Cardona A. An augmented lagrangian method to solve three-dimensional nonlinear contact problems. Latin American Applied Research. 2012. Vol. 42, № 3. P. 281–289.

10. Timoshenko S., Woinowsky-Kreiger S. Theory of plates and shells. New York: McGrow-Hill Book Company. 1959. 580 р.

Copyright (©) 2024 Кучеpенкo O. Є.

Copyright © 2014-2024 Технічна механіка