Аналіз особливостей напружено-деформованого стану та стійкості сталевих вертикальних циліндричних резервуарів методом використання універсальних програмних комплексів. Розрахунок коефіцієнту приведення вітрового навантаження до еквівалентного вакууму.
Аннотация к работе
В дисертаційній роботі розглядаються резервуари, що використовуються для зберігання нафти та нафтопродуктів, проте результати, одержані в роботі, можуть бути застосовані при розрахунку будь-яких конструкцій, які відносяться до класу тонкостінних циліндричних оболонок. Визначною для надійності є міцність, проте стійкість також має важливе значення, оскільки при втраті стійкості резервуар повністю втрачає працездатність і його конструкції практично не підлягають відновленню. Одним з факторів, здатних викликати загальну або місцеву втрату стійкості резервуара, є вітрове навантаження. Відповідно до норм проектування ВБН В.2.2-58.2-94 “Резервуари вертикальні сталеві для зберігання нафти й нафтопродуктів з тиском насичених парів не вище 93,3 КПА” вітрове навантаження при розрахунку стійкості резервуару представляється у вигляді умовного вітрового навантаження, рівномірно розподіленого по периметру циліндричної стінки резервуару (еквівалентний вакуум). Дисертаційна робота виконувалася в рамках держбюджетних науково-дослідних договорів: № 10 „Удосконалення методів розрахунку, конструювання та діагностики технічного стану металевих та деревяних конструкцій”, державний реєстраційний номер 0106U002021; № 23 „Розроблення стандарту з питань діагностики та ремонту сталевих вертикальних циліндричних резервуарів для зберігання нафти та нафтопродуктів”, державний реєстраційний номер 0107U001025.У першому розділі розкривається зміст проблеми стійкості сталевих вертикальних резервуарів (РВС), аналізується сучасний стан питання. В інженерній практиці під стійкістю резервуару розуміють стійкість його циліндричної стінки. Згідно з ВБН В.2.2-58.2-94 “Резервуари вертикальні сталеві…” при розрахунку стійкості РВС вітрове навантаження на стінку представляється у вигляді еквівалентного вакууму. Значення коефіцієнту , вирахувані за формулою Eurocode 3, для резервуарів ємкістю від 100 до 50 000 м3 складають 0,6?0,9. Аналіз сучасного стану питання показав, що проблема стійкості циліндричних оболонок при дії нерівномірного зовнішнього тиску, частковий випадок якого представляє собою вітровий тиск, глибоко вивчена.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Список литературы
1. У дисертаційній роботі виконано теоретичний аналіз напружено-деформованого стану та особливостей граничних станів сталевих резервуарів під дією вітрового навантаження, що дало змогу одержати низку нових результатів і на підставі цього удосконалити розрахункові оцінки стійкості вказаних споруд.
2. Встановлено, що для одержання прийнятних результатів при розрахунку резервуарних оболонок на вітрове навантаження побудову скінченно-елементних моделей треба здійснювати в межах ефективних параметрів, які зводяться до наступного: - число скінченних елементів по периметру моделі оболонки повинно дорівнювати: , де - число хвиль випинання класичної форми втрати стійкості циліндричної оболонки, що розглядається;
- розподіл вітрового тиску по периметру треба представляти ординатами із кроком по кутовій координаті.
3. У всіх випадках навантаження резервуарних оболонок вітровим тиском основні компоненти напруженого стану залишаються далекими від розрахункового опору сталі, і тому з точки зору міцності цей вид навантаження не має суттєвого значення.
4. Виявлено, що головною особливістю деформованого стану оболонки, що знаходиться під дією вітрового тиску, є виникнення хвилеподібних погинів поверхні. Параметри цих погинів є резонансними з параметрами власної форми втрати стійкості оболонки. Встановлено, що такі погини суттєво впливають на характер деформованого стану і визначають поведінку оболонки в граничних станах.
5. З аналізу нелінійного деформування резервуарних оболонок встановлено, що існує два характерних критичних значення вітрового тиску: верхнє і нижнє . При цьому (0,58ч0,65) - для шарнірно закріплених оболонок; (0,81ч0,87) -для оболонок з жорстко затисненими торцями. Встановлено також, що критичний тиск , визначений за результатами розрахунку біфуркаційної задачі, у всіх випадках виявляється більше в порівнянні з і складає .
6. Величини радіальних переміщень і співвідношення критичних значень вітрового тиску , , дозволяють стверджувати, що в інженерних оцінках стійкості резервуарних оболонок в якості граничного значення вітрового навантаження слід приймати .
7. Результати проведених досліджень вказують на те, що коефіцієнт приведення вітрового тиску до еквівалентного вакууму треба визначати диференційно в залежності від геометричних параметрів сталевих вертикальних циліндричних резервуарів.
8. Застосування інженерного алгоритму оцінки стійкості, розробленого в дисертації за результатами виконаних досліджень, підтверджує його надійність та ефективність, і дозволяє уточнювати загальну оцінку стійкості сталевих вертикальних циліндричних резервуарів на 10-15% як убік її збільшення, так і убік зменшення в порівнянні з діючими нормами проектування.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ
Основні положення дисертації висвітлені в роботах, що опубліковані у виданнях, які відповідають переліку ВАК України: 1. Егоров Е.А., Исмагулов Б.Г., Федоряка Ю.В. Оценка устойчивости цилиндрических оболочек ступенчато-переменной толщины при внешнем давлении // Строительство, материаловедение, машиностроение / Сб. н. тр. - Днепропетровск, 2002. - Вып. 18. - с.63-68.
3. Федоряка Ю.В. Решение линейной задачи устойчивости стальных резервуаров при ветровой нагрузке // Строительство, материаловедение, машиностроение / Сб. н. тр. - Днепропетровск, 2005. - Вып. 35. - с.25-30.
4. Егоров Е.А., Федоряка Ю.В. Исследование вопросов устойчивости стальных вертикальных цилиндрических резервуаров // Металлические конструкции. - 2006. - Т. 9, №1. - с. 89-97.
5. Егоров Е.А., Федоряка Ю.В. Учет ветровой нагрузки в инженерных оценках устойчивости стальных вертикальных цилиндрических резервуаров // Новини науки Придніпровя. Сер.: Інженерні дисципліни. - 2006. №2. - с. 13-17.
6. Федоряка Ю.В. Линейный и нелинейный анализ устойчивости стальных вертикальных цилиндрических резервуаров при ветровой нагрузке // Теоретические основы строительства / Сб н. тр. Приднепровской ГАСА и Варшавского технического университета. - Варшава-Вильнюс, 2006. - Вып. 14. - с.557-562.
Роботи, які додатково відображають результати досліджень: 8. Yegorov Y.A., Ismagulov B.G., Fedoryaka Y.V. Stability estimate of vertical cylinder-shaped tanks in service // Proc. International Conference on Design, Inspection, Maintenance and Operation of Cylindrical Steel Tanks and Pipelines. - Prague (Czech Republic). - Oct. 8 to 10, 2003. - P. 336-341.
9. Егоров Е.А., Кустовский А.А., Федоряка Ю.В. Инновационные технологии эффективного управления жизненным циклом стальных резервуаров, запроектированных по типовым проектам // Строительство, материаловедение, машиностроение / Сб. н. тр. - Днепропетровск, 2006. - Вып. 37. - с.135-139.
10. Егоров Е.А., Исмагулов Б.Г., Федоряка Ю.В. Оценка устойчивости стальных резервуаров, находящихся в эксплуатации // Тезисы докладов коллоквиума 3-5 сентября 2003 г. “Совершенствование методов расчета, конструирования, сооружения и ремонта стальных резервуаров”. - Киев: Международная ассоциация по оболочкам и пространственным конструкциям ИАСС. - 2003. - с. 19-21.