SZERKEZET-INTEGRITÁSI OSZTÁLY

Az előadások a következő témára: "SZERKEZET-INTEGRITÁSI OSZTÁLY"— Előadás másolata:

1 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

2 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

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

4 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

5 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

6 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

7 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

8 Szabványok alkalmazhatóságának vizsgálata
Szoftvercentrum - Szimulációs Workshop, 2008

9 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

10 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

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

12 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

13 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

14 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

15 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

16 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

17 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

18 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

19 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

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

21 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

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

23 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

24 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

25 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

26 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

27 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

28 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

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

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

31 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

32 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

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

34 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

35 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

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

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

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

39 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

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