Определение оптимальной конструкции кронштейна в условиях геометрической стесненности — различия между версиями

Версия 21:01, 22 июня 2016

БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА
Автор работы: Т. А. Теницкая
Руководитель: аспирант кафедры ТМ О. В. Бразгина

Введение

Нефтеперерабатывающий завод (НПЗ) представляет собой крупный промышленный комплекс, предназначенный для очистки сырой нефти, состоящий из большого количества оборудования различного назначения и размеров. Примером такого оборудования является ректификационная колонна. Такая колонна в диаметре может достигать 16 метров, а высотой – 90 метров и более. Для удобства обслуживания и ремонта колонны оборудуются по всей высоте маршевыми лестницами с площадками. Крепятся такие площадки, как правило, с помощью кронштейнов непосредственно к корпусу аппарата, обеспечивая доступ к люкам, штуцерам и установленной на них арматуре. В ситуациях, когда под кронштейном необходимо установить какое-либо оборудование или провести трубу, возникает проблема нагруженности оборудования весом обслуживающей площадки, а так же прочности самих элементов площадок. Одним из вариантов решения данной проблемы может быть подбор наиболее оптимальной конструкции кронштейнов, с помощью которых осуществляется крепление площадок к оборудованию.
Критерии оптимизации:

• напряжения и перемещения в балках кронштейна в пределах допустимых, указанных в СНиП 2.01.07.85 (при прочих равных)
• масса металлоконструкций должна быть минимальной
• нагрузки в точках опирания на корпус аппарата в пределах допустимых, не нарушающие его устойчивость

Цель работы

Оптимизация кронштейна в условиях геометрической стесненности в конечно-элементном пакете Ansys.

Задачи дипломной работы:

• решить задачу оптимизации конструкции кронштейна в условиях геометрической стесненности
• исследовать на устойчивость корпус оборудования при возможных вариантах конструкции кронштейна

Постановка задачи

Модель кронштейна

По рабочему чертежу была построена конечно-элементная модель кронштейна.Верхняя балка кронштейна представляет собой балку сечения 12П. Наклонная балка – уголок, размерами 90мм×7мм.
В качестве материала балок кронштейна была взята сталь С245
Е = 200 ГПа – модуль Юнга
υ = 0.3 – коэффициент Пуассона
На пластины A и B поставлено условие заделки. К пластинам C, D, E приложены силы, рассчитанные из параметров площадки, равные 2178 Н, 3824.4 Н и 1599.4 Н соответственно. Пластины прикреплены к швеллеру и уголку болтами, которые позволяют элементам конструкции двигаться в стороны в промежутке [-1.5, 1.5] мм. Между пластинами и балками конструкции выставлен контакт с трением μ = 0.3.

Полученные результаты

Потеря устойчивости

Рассмотрены изменение напряжений в швеллере и уголке в зависимости от угла наклона уголка при различных высотах кронштейна.
Из соображений корректности геометрии кронштейна были выбраны три промежутка для высот и углов:
- для высоты кронштейна Н [700;1000] мм угол наклона подкоса α [30;45]°
- для высоты кронштейна Н [1000;1200] мм угол наклона подкоса α [35;45]°
- для высоты кронштейна Н [1200;1500] мм угол наклона подкоса α [40;45]°
В трех интервалах высот кронштейнов и углов наклона подкоса были выбраны оптимальные значения. Для интервалов [700;1000] мм и [30;45]° углы [35;40]° являются оптимальными параметрами. По промежуткам для высоты кронштейна [1000;1200] мм и угла наклона уголка [35;45] ° можно сказать, что оптимальный угол наклона - 39°. По третьему промежутку высот кронштейна [1000;1200] мм и углов наклона уголка [35;45]° оптимальными параметрами будут являться угол 43.5° .
Основания для таких выводов были получены исходя из графиков для напряжений в швеллере и уголке, перемещений и сил реакции опоры, действующей на кронштейн со стороны колонны. При подборе оптимальных параметров учитывались так же и количество материала, затрачиваемого на уголок.

Так же исследован на устойчивость корпус оборудования при одной фиксированной высоте кронштейна - 900 мм в интервале углов подкоса Колонна устойчива на всем промежутке, и с ростом угла устойчивость растет.

Вывод

Полученными результатами стали:

• оптимальные параметры кронштейна
• исследование оборудования на устойчивость

Материалы работы

• Плакат (pdf)
• Плакат (png)
• Диплом (pdf)
• Preview (pdf)

1. ГОСТ 8240-89. Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент. – Введ. 1990-01-09. – М.: Изд-во стандартов, 1998.— 5 с.
2. Графический интерфейс комплекса Ansys/ К.А. Басов. – М.:ДМК Пресс, 2006. – 248с.,ил
3. Коршак А. А. Основы нефтегазового дела/ А.А. Коршак, А. М. Шаммазов.// Дизайнполиграфсервис, 2005. – 544с.
4. Плоский изгиб [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.soprotmat.ru/izgib.htm
5. Прикладная механика твердого деформируемого тела / Филин А.П. — М.: Наука,1978. – 616с.
6. Сопротивление материалов / В. И. Феодосьев. – М.: МГТУ им. Баумана, 1999. – 592с.
7. Строительные нормы и правила: Нагрузки и воздействия: СНиП 2.01.07-88: Введ. 1.01.1987 - М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2004. – 31с: ил.
8. Строительная механика тонкостенных конструкций / В.И. Погорелов. – СПб.: БХВ - Петербург, 2007. – 528с.