Редактирование: Определение оптимальной конструкции кронштейна в условиях геометрической стесненности
Внимание! Вы не авторизовались на сайте. Ваш IP-адрес будет публично видимым, если вы будете вносить любые правки. Если вы войдёте или создадите учётную запись, правки вместо этого будут связаны с вашим именем пользователя, а также у вас появятся другие преимущества.
Правка может быть отменена. Пожалуйста, просмотрите сравнение версий, чтобы убедиться, что это именно те изменения, которые вас интересуют, и нажмите «Записать страницу», чтобы изменения вступили в силу.
Текущая версия | Ваш текст | ||
Строка 4: | Строка 4: | ||
==Введение== | ==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. | 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. | 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. | + | 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: | Критерии оптимизации: | ||
* напряжения и перемещения в балках кронштейна в пределах допустимых, указанных в СНиП 2.01.07.85 (при прочих равных) | * напряжения и перемещения в балках кронштейна в пределах допустимых, указанных в СНиП 2.01.07.85 (при прочих равных) | ||
Строка 20: | Строка 21: | ||
==Постановка задачи== | ==Постановка задачи== | ||
− | [[Файл: | + | [[Файл:Uslov.png|200px|thumb|right|Граничные условия]] |
− | |||
По рабочему чертежу была построена конечно-элементная модель кронштейна.Верхняя балка кронштейна представляет собой балку сечения 12П. | По рабочему чертежу была построена конечно-элементная модель кронштейна.Верхняя балка кронштейна представляет собой балку сечения 12П. | ||
− | Наклонная балка – уголок, размерами 90мм×7мм. | + | Наклонная балка – уголок, размерами 90мм×7мм. |
− | В качестве материала балок кронштейна была взята сталь С245 | + | В качестве материала балок кронштейна была взята сталь С245 |
− | Е = 200 ГПа – модуль Юнга | + | Е = 200 ГПа – модуль Юнга |
− | υ = 0.3 – коэффициент Пуассона | + | 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. | 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. | ||
+ | |||
+ | Рассматривается процесс вдоха-выдоха. Будем ставить граничные условия в соответствии с реальными бронхами: | ||
+ | <math> V_y = 3.2*\sin(Time)|_{Time\le\pi}+2.8\sin((Time+0.7268)/1.23)|_{Time>\pi} (м/с) </math><br> | ||
+ | <math> P = 101325-98*\sin(Time)|_{Time\le\pi}+98\sin((Time+0.7268)/1.23)|_{Time>\pi} (Па) </math><br> | ||
+ | <math> T_1 = 15^\circ </math><br> | ||
+ | <math> T_2 = 36.6^\circ </math><br> | ||
+ | И начальные условия:<br> | ||
+ | предполагаем, что в начальное время воздуха в легких нет, т.е. нет течения: <math>|u_0| = |v_0| = |w_0| = 0 </math> м/с. Так же будем считать, что давление в легких равно нормальному атмосферному давлению: <math>p_0 = 101325 </math> Па. Температура равна температуре человеческого тела: <math>T_0 = 36.6^\circ </math> C. | ||
==Полученные результаты== | ==Полученные результаты== | ||
− | [[ | + | ===Поле скоростей=== |
− | + | [[File:vel-graph.png|350px]]<br> | |
− | + | {{#widget:YouTube|height=200|width=300|id=SlS07GKIHXU}}<br> | |
− | + | По анализу изменения поля скоростей во времени видно, что с уменьшением диаметра бронхов скорость возрастает. Наибольшая скорость возникает в мелких бронхах и соответственно в альвеолах. | |
− | - | + | ===Поле давлений=== |
− | + | [[File:Press-graphpng.png|350px]]<br> | |
− | + | {{#widget:YouTube|height=200|width=300|id=uhO71OVBXPw}}<br> | |
− | + | Анализируя полученные результаты изменения давления в точках можем прийти к выводу – полученное поле давлений является верным. Данный вывод делаю из того, что при вдохе давление в альвеолах падает на 98 Па, и является самым низким (синяя линия). Далее идет точка P2, в которой давление больше. Воздух будет течь от точки с более высоким давлением в точку с более низким. Давление в точке P1 (черная линия) самое высокое, соответственно воздух будет течь от P1 в точку P2 далее к «альвеолам» (точка Bound). Аналогичное, только обратное будет происходить в обратном порядке: от «альвеол» воздух будет течь в точку P2, далее в точку P1, что соответствует реальному выдоху. | |
− | + | ===Поле температур=== | |
− | + | [[File:Temp-graph.png|350px]]<br> | |
− | + | {{#widget:YouTube|height=200|width=300|id=Hb9dqGBBC7Y}} | |
+ | {{#widget:YouTube|height=200|width=300|id=kvC1oS3omvM}}<br> | ||
+ | Анализируя полученные результаты распределения температуры: при вдыхании с увеличением скорости потока уменьшается температура в рассматриваемой точке, при уменьшении скорости потока поток прогревается сильнее. При выдохе – весь воздух прогрет, и поток имеет одинаковую температуру. | ||
==Вывод== | ==Вывод== | ||
Полученными результатами стали: | Полученными результатами стали: | ||
− | * | + | * поле скоростей; |
− | * | + | * поле давлений; |
+ | * поле температур; | ||
+ | Полученные результаты могут быть использованы: | ||
+ | * для исследования оседания частиц в легких (мелкодисперсная пыль аэрозоли); | ||
+ | * моделирования полностью легких, включая альвеолы, как пороупругий материал; | ||
+ | * при создании искусственных легких. | ||
==Материалы работы== | ==Материалы работы== | ||
− | *'''[[Медиа: | + | *'''[[Медиа:plakatBogdanov.pdf|Плакат (pdf)]]''' |
− | *'''[[Медиа: | + | *'''[[Медиа:plakatBogdanov1.png|Плакат (png)]]''' |
− | *'''[[Медиа: | + | *'''[[Медиа:diplomBogdanov.pdf|Диплом (pdf)]]''' |
− | *'''[[Медиа: | + | *'''[[Медиа:PrewBogdanov.pdf|Превью (pdf)]]''' |
− | |||
− | + | ==Список литературы== | |
− | + | # Белебезьев, Г.И., Козяр, В.В.. Физиология и патофизиология искусственной вентиляции легких. Часть I - Ника-Центр, Киев, 2003 | |
− | + | # Белов, И.А., Исаев, С.А. Моделирование турбулентных течений Учеб. пособие. – СПб.: Балт. гос. техн. ун-т, 2001. –108 с. | |
− | + | # Березовский, В.А., Колотилов, Н.Н. Биофизические характеристики тканей человека. Справочник. Киев, 1990. | |
− | + | # Варламов, В.А., Варламов, Г.В., Власова, Н.М., Зубрилова, И.С., Котомин, М.Б. Углубленные кадровые проверки М. 2003 | |
− | + | # Гарбарук, А.В. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений: учебное пособие / А.В. Гарбарук, М.Х. Стрелец, М.Л. Шур – СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. – 88 с. | |
− | + | # Злыгостев, А.С., Марченко, Т.О. Анатомия и физиология человека /Авторы-составители: Злыгостев А.С., Марченко Т.О. - Таганрог: http://anfiz.ru/, 2012 | |
− | + | # Книпович, Н. М. Бронхи Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907. | |
+ | # Лагунова, И.Г. Трахео-бронхиальное дерево человека в период его роста (Анатомо-рентгенологическое исследование) / И.Г. Лагунова // Нарушения бронхиальной проходимости. — М., 1946. — С. 210. | ||
+ | # Лойцянский, Л.Г. Механика жидкости и газа. - 7-е изд., испр. - М.: Дрофа, 2003. - 840 с. | ||
+ | # Лукомский, Г.И. Атлас бронхоскопии / Г. И. Лукомский, В. А. Спасская. - М. : Медучпособие, 1965. - 90 с. | ||
+ | # Неттер, Ф. Атлас анатомии человека: Уч. пос.-атлас / Под ред. Н.О. Бартоша; Пер. с англ. А.П. Киясова. – м.: гэотар-мед, 2003. | ||
+ | # Орлов, Р.С. Нормальная физиология / Р.С. Орлов, А.Д. Ноздрачев.- М: ГЭОТАР-МЕД, 2005. | ||
+ | # Роуч, П. Вычислительная гидродинамика. – М.: Мир, 1980. – 616с. | ||
+ | # Сапин, М.Р. Анатомия человека, 2-х томах. М.: «Медицина», 2003 . – 992 с | ||
+ | # Флетчер, К. Вычислительные методы в динамике жидкостей: В 2-х томах: Т. 1 и 2: Пер. с англ. – М.: Мир, 1991. – 504 с. | ||
+ | # Devdatta, V.K.Katiyar, Pratibha, Sarita. Numerical simulation of flow structure and deposition of particles in Asthematic Airway Bifurcation/ Department of Mathematics, Indian Institute of Technology Roorkee, Uttrakhand, India, 2012. | ||
+ | # Gihad Ibrahim. CFD models of the bronchial airways with dynamic boundaries/ Department of Engineering University of Leicester, Leicester, England, 2014. | ||
+ | # ANSYS CFX-Solver Theory Guide ANSYS, Inc. 2009 | ||
+ | # http://cae-expert.ru/product/ansys-cfx | ||
+ | # http://cae-club.ru | ||
+ | # http://www.ansys.com/ |