SZERKEZET-INTEGRITÁSI OSZTÁLY I. SZOFTVERCENTRUM - SZIMULÁCIÓS WORKSHOP SZABVÁNYOS ELJÁRÁSOK ÉS A VÉGES-ELEMES MÓDSZER SZERKEZET-INTEGRITÁSI OSZTÁLY BAY ZOLTÁN ALKALMAZOTT KUTATÁSI KÖZALAPÍTVÁNY LOGISZTIKAI ÉS GYÁRTÁSTECHNIKAI INTÉZET Miskolc-Tapolca 2008

Bevezető A véges-elemes számítások eredményei általában nem vethetők össze a szabványban leírt követelményekkel. Ezeket az eredményeket tudni kell átfordítani szabvány nyelvére, hogy nyilatkozhassunk a megfelelőségről. Bizonyos esetekben vizsgálni kell a különböző szabványok alkalmazhatóságát, és az adott feladatnak legmegfelelőbbet kell választani. Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Szerkezetek, berendezések biztonságos üzemeltethetőségi feltételeinek vizsgálata, hibák veszélyességének értékelése Nemzetközi szabvány alapján megfelelőség igazolása különböző berendezésekre és szerkezeti elemeire. Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Szerkezetek, berendezések biztonságos üzemeltethetőségi feltételeinek vizsgálata, hibák veszélyességének értékelése 3D-s geometriai modell beolvasása (parasolid file) MSC.PATRAN szoftver-rendszerbe. Modell hálózása Tetra10 elemekkel. Anyagtulajdonságok és peremfeltételek definiálása a különböző üzemállapotoknak megfelelően. Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Szerkezetek, berendezések biztonságos üzemeltethetőségi feltételeinek vizsgálata, hibák veszélyességének értékelése Szilárdsági és élettartam számítások minden üzemállapotra MSC.MARC szoftverrel segítségével. Megfelelőség igazolása meghatározott időtartamra. Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Szerkezetek, berendezések biztonságos üzemeltethetőségi feltételeinek vizsgálata, hibák veszélyességének értékelése A szabványnak megfelelő feszültség komponensek meghatározása a véges-elemes szimuláció eredményéből. Helyi elsődleges membránfeszültség intenzitás Feszültségkomponensek átlagolása a teljes keresztmetszetre a következő integrál kiszámításával: Ahol s a falvastagság az adott helyen, x pedig egy, a falra merőleges koordináta. 2. Az így kapott átlagos feszültségkomponensekből kapott egyenértékű feszültség értéke a helyi elsődleges membránfeszültség. Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Szerkezetek, berendezések biztonságos üzemeltethetőségi feltételeinek vizsgálata, hibák veszélyességének értékelése Helyi elsődleges membrán + hajlítófeszültség intenzitás Feszültségkomponensek membrán tagjának meghatározása, a teljes keresztmetszetre, a következő integrál kiszámításával: Feszültségkomponensek hajlító tagjának meghatározása, a teljes keresztmetszetre, a következő integrál kiszámításával: Az így kapott membrán- és hajlítófeszültségek komponensenként vett összegének képzése. 4. A komponensekből kapott egyenértékű feszültség értéke a helyi elsődleges membrán+hajlítófeszültség. Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Szabványok alkalmazhatóságának vizsgálata Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Kritikus hibaméret meghatározása tranziens hegesztési varratokra Reaktortartályok üzem közbeni vizsgálata során alapvető dolog törésmechanikai számítások végzése. Megbízható és igazolt módszerek szükségesek a reaktortartály és hegesztési varratainak analíziséhez. A varratok roncsolásmentes vizsgálatához egy minimum hibaméret meghatározása szükséges. A szabványok törésmechanikai eljárásai egyszerű geometriákhoz vannak kifejlesztve, mint csövek vagy héjak. Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Kritikus hibaméret meghatározása tranziens hegesztési varratokra Több tranziens varrat található egy kritikus helyen. Nincs érvényes megoldás kidolgozva tranziens varratok esetére A kritikus helyek általában 3D-s geometriával és terhelési esettel rendelkeznek. Egy igazolt módszer kidolgozása szükséges a tranziens varratokra. Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Célkitűzés Az ASME BPVC KI –re vonatkozó analitikus összefüggéseinek alkalmazhatósági elemzése Komplex geometriák Tranziens varratok Mechanikai és tranziens hőterhelés esetén Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Célkitűzés Az ASME BPVC XI H4221, A3300 és R6 valamint VEM alapján számított KI értékek összehasonlítása cső-szerű geometria húzó és hajlító igénybevétele esetén. KI és JI értékek számítása valós 3D-s geometria tranziens varratai esetén mechanikai és tranziens hőterhelés figyelembevételével, véges-elemes módszer segítségével Az ASME BPVC A3300 eljárás alkalmazhatósága adott 3D-s geometria esetén Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Az ASME BPVC XI H4221 és A3300, R6 valamint VEM összehasonlítása Terhelés húzás (100 MPa) hajlítás (100 MPa) Méretek Tranziens varrat átmérője: 548 mm R/t: 0.136 Repedés méret a/w: 0.25; 0.5; 0.75 : 11.25°; 22.5°; 45° Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Az ASME BPVC XI H4221 és A3300, R6 valamint VEM összehasonlítása KI meghatározása az ASME XI H4221 alapján Csövekre húzás és hajlítás esetén Kerületi hiba Egyszerű egyenlet Széles körű alkalmazhatóság Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Az ASME BPVC XI H4221 és A3300, R6 valamint VEM összehasonlítása KI meghatározása az ASME XI A3300 alapján Héjak, fal mentén megoszló terheléssel Polinomos feszültség leírás Paraméterek az ASME táblázatokból Széles körű alkalmazhatóság Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Az ASME BPVC XI H4221 és A3300, R6 valamint VEM összehasonlítása KI meghatározása R6 alapján Csövek, fal mentén megoszló terheléssel és globális hajlítással Polinomos feszültség leírás Paraméterek táblázatokból, de az értékek csak R/t=5-10 között lehetnek Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Az ASME BPVC XI H4221 és A3300, R6 valamint VEM összehasonlítása KI meghatározása VEM-mel Valós 3D-s repedés geometria Lineárisan rugalmas anyagmodell J integrál számítás/poszt–processzálás a felületen és a repedés legmélyebb pontjában. KI számítása J-integrálból: Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Az ASME BPVC XI H4221 és A3300, R6 valamint VEM összehasonlítása KI meghatározása VEM-mel a=55,875 =45° a=18,625  =11,25° a=37,25  =22,5° MSC.MARC 2005r2 3D-s 20 csomópontú hexagonális elemek Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008 18

Az ASME BPVC XI H4221 és A3300, R6 valamint VEM összehasonlítása KI és J-integrál értékek 100 MPa maximális húzófeszültség esetén Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Az ASME BPVC alkalmazhatósága adott 3D-s geometria esetén =22,5° Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Az ASME BPVC XI H4221 és A3300, R6 valamint VEM összehasonlítása KI és J-integrál értékek 100 MPa maximális hajlító feszültség esetén Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Az ASME BPVC alkalmazhatósága adott 3D-s geometria esetén a/t=0,5 mm =22,5° Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Az ASME BPVC alkalmazhatósága adott 3D-s geometria esetén Mi az oka az ASME XI App A3300 konzervativizmusának? Maga az ASME konzervatív? Minden esetben alkalmazható ez a melléklet? A paraméterek az érvényességi határon kívűl esnek? Egyéb okok? Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Az ASME BPVC alkalmazhatósága adott 3D-s geometria esetén ASME XI App A3300 Széles alkalmazási körrel rendelkezik, - azonban a paraméterek durva felosztással vannak megadva egy nemlineáris függvény kapcsolathoz a/t a/2c Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Az ASME BPVC alkalmazhatósága adott 3D-s geometria esetén Lineáris közelítés szükséges egy valós repedés méret esetén A polinommal való közelítés a valóságot jobban közelítő paraméter értékeket adhat A különbség igen jelentős lehet a lineáris és a polinommal való közelítés között =11,25° =22,5° =45° Táblázati értékek Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Az ASME BPVC alkalmazhatósága adott 3D-s geometria esetén Relatív különbség a polinomos, a lineáris és számított KI értékek között q=11,25° q=22,5° q=45° a/t=0,5 Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Az ASME BPVC XI H4221 és A3300, R6 valamint VEM összehasonlítása Következtetések Az ASME H melléklete jó egyezést mutat a véges-elemes számításokkal keskeny repedés esetén, azonban mély repedéseknél konzervatívvá válik Az ASME A melléklete jó összhangban van a véges-elemes számítással keskeny repedés esetén. Azonban minél hosszabb a repedés, annál konzervatívabb lesz a lineáris közelítés miatt. Az R6 eljárás adja a legközelebbi eredményt a véges-elemes számításhoz, azonban az értékek alacsonyabbak, mint a numerikusan számolt – nem konzervatív! Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Tranziens varrat anyagok és geometria KI és JI értékek számítása valós 3D-s geometriák tranziens varratai esetén Tranziens varrat anyagok és geometria Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Gőzfejlesztő tranziens varratainak modellezése BAY-LOGI Merev gyűrű GF tartály Varrat Párnaréteg Csatlakozó cső Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

KI és JI értékek számítása a GF tranziens varratai esetén Terhelések: Csatlakozó csővezetékről átadódó Belső nyomás Tranziens hőterhelés Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

KI és JI értékek számítása valós 3D-s geometriák tranziens varratai esetén Terhelés a csatlakozó csővezetékekből Húzás és hajlítás a csatlakozó csövek határterheléséből Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

KI és JI értékek számítása valós 3D-s geometriák tranziens varratai esetén Belső nyomásból származó húzás 10 MPa nyomás a primer körben Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

KI és JI értékek számítása valós 3D-s geometriák tranziens varratai esetén Belső nyomás 10 MPa nyomás a szekunder körben Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

KI és JI értékek számítása valós 3D-s geometriák tranziens varratai esetén Hőterhelés 30°C/h hűtés a szekunder körben Főgőzvezeték törés 100°C termikus sokk a szekunder körben Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

KI és JI értékek számítása valós 3D-s geometriák tranziens varratai esetén Hőterhelés 20 °C/h fűtés a primer körben, 100°C termikus sokk a primer körben Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Az ASME BPVC alkalmazhatósága adott 3D-s geometria esetén Feszültség eloszlás a fal mentén Hajlítás Húzás Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Az ASME BPVC alkalmazhatósága adott 3D-s geometria esetén =22,5° Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Az ASME BPVC alkalmazhatósága adott 3D-s geometria esetén a/t=0,5 mm =22,5° Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Következtetések BAY-LOGI A feszültség eloszlás a falon jelentősen különbözik a húzott és a hajlított egyenes cső esetén. Az ASME BPVC XI H melléklet nem alkalmazható a vizsgált geometria esetén, mivel nem-konzervatív értéket ad. Az ASME BPVC XI A melléklet konzervatív közelítést ad, azonban nem javasolt a használata kiterjedt repedések esetén a paraméter közelítések ellenőrzése nélkül. A hőterhelések, falmenti hajlításként kezelhetők, így az ASME BPVC XI A melléklet alkalmazható. A hűtésnek nincs jelentős hatása a repedésterjedésre az a/t=0,5 felett. Az R6 eljárás alkalmazhatónak tűnik, azonban további numerikus igazolás szükséges más véges-elemes szoftverek segítségével Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

Gyártástechnikai Intézet BAY-LOGI Logisztikai és Gyártástechnikai Intézet Köszönöm figyelmüket!