memlab (1051146)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

30

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФЦП «ИНТЕГРАЦИЯ»

Беликов Н.В., Занимонец Ю.М., Наседкин А.В.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ СРАБАТЫВАНИЯ ХЛОПАЮЩИХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ МЕМБРАН

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ "АСНИ-МЕМБРАНА" И КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОГО КОМПЛЕКСА ANSYS

Методические указания к лабораторному практикуму

для студентов механико-математического факультета

специальностей "Механика" и "Прикладная математика"

Ростов-на-Дону

1998

Беликов Н.В., Занимонец Ю.М., Наседкин А.В. Определение давления срабатывания хлопающих предохранительных мембран с использованием «АСНИ-МЕМБРАНА» и конечно-элементного комплекса ANSYS. Методические указания к лабораторному практикуму для студентов механико-математического факультета специальностей "Механика" и "Прикладная математика" // Ростов-на-Дону: УПЛ РГУ, 1998. 30 с.: ил.

Разработка методического обеспечения лабораторного практикума по механике и прикладной математики осуществляется в рамках проекта №74 Федеральной Целевой Программы «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 годы» сотрудниками НИИМ и ПМ РГУ и механико-математического факультета РГУ.

Печатается по решению кафедр теории упругости (протокол № 6 от 30 ноября 1998 г.) и математического моделирования (протокол № 5 от 3 декабря 1998 г.) механико-математического факультета РГУ.

© Беликов Н.В., Занимонец Ю.М., Наседкин А.В., Ростовский государственный университет, НИИМ и ПМ РГУ, 1998.

Адрес для переписки: 344090 Ростов-на-Дону, ул.ЗОРГЕ, 5, РГУ, мехмат

Тел.: (8632) 22-08-96, 22-08-34, e-mail: nasedkin@ns.math.rsu.ru.

С О Д Е Р Ж А Н И Е

Введение ................................................................................................. 4

1. Описание объекта исследования......................................................... 6

2. Автоматизированная система диагностики "АСНИ-МЕМБРАНА".. 9

3. Некоторые положения теории идентификации объектов….............. 12

4. Цели и основные этапы проведения лабораторной работы

на «АСНИ-МЕМБРАНА»………………………….…………..……... 15

1. Решение задач устойчивости в ANSYS……………………………… 20

Литература .........................................................................................…. 30

ВВЕДЕНИЕ

Любой технический объект после проектирования проходит две стадии - изготовление и эксплуатацию. Требования, которым должен удовлетворять изготовленный или эксплуатируемый объект, определяются соответствующей нормативно-технической документацией (НТД).

Объект, удовлетворяющий требованиям НТД, является исправным (находится в исправном техническом состоянии). Убеждаться в исправности объекта необходимо после его изготовления, при профилактике и после ремонта. Основное назначение технической диагностики состоит в повышении надежности объектов на этапе их эксплуатации, а также в предотвращении производственного брака на этапе изготовления объектов и их составных частей. Диагностирование технического состояния любого объекта осуществляется теми или иными средствами диагностирования. В настоящее время все возрастающую роль играет применение автоматизированных систем тестового и функционального диагностирования. В системах тестового диагностирования на объект подаются специально организуемые тестовые воздействия с целью определения технического состояния последнего. В системах функционального диагностирования, которые работают в процессе применения объекта по назначению, подача тестовых воздействий, как правило, исключается. Поэтому такие системы являются типичными системами контроля, не требующими подачи на объект целенаправленных воздействий.

При разработке систем диагностирования решаются следующие задачи:

- изучение объекта, его возможных дефектов и признаков проявления последних;

- выбор или построение математического описания (модели) поведения исправного объекта и его неисправных модификаций;

- анализ математической модели с целью получения реализуемого системой алгоритма диагностирования;

- выбор или разработка аппаратных средств, обеспечивающих связь с объектом диагностирования.

Применение автоматизированных систем диагностики обеспечивает:

- сокращение сроков и трудоемкости проведения экспериментов (испытаний), повышение качества результатов диагностирования, обеспечивающих безопасную эксплуатацию технологических объектов;

- возможность постановки экспериментов, недостижимых без использования средств автоматизации;

- повышение достоверности информации на основе автоматизированной обработки данных и управления экспериментом;

- улучшение условий труда персонала, занятого проведением экспериментов.

Излагаемый ниже материал построен на опыте разработки автоматизированной системы диагностики, предназначенной для неразрушающего контроля давления срабатывания хлопающих предохранительных мембран (ХПМ). Ниже будут рассмотрены особенности методического и программно-технического обеспечения автоматизированной системы диагностики "АСНИ-МЕМБРАНА" и экспериментная установка, обеспечивающая создание для мембраны условий, адекватных условиям ее эксплуатации в системах аварийного сброса давления. Разработанные методики и программно-техническое обеспечение в будущем могут быть использованы для установления фактической прочности и устойчивости технологической аппаратуры, работающей под давлением.

В заключительном разделе методического пособия описывается техника решения задач устойчивости в конечно-элементном комплексе ANSYS. Здесь при расчете предохранительных мембран трудно получить результаты, хорошо согласующиеся с конкретными экспериментами, поскольку различные несовершенства формы и другие важные дополнительные факторы полностью учесть не представляется возможным. Тем не менее, конечно-элементное моделирование данных задач позволяет выявить характерные особенности потери устойчивости мембран различных типов и продемонстрировать в динамике процессы, происходящие до и после прохлопывания мембран.

1. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ

(Назначение и технические особенности сферических мембран)

Предохранительные мембраны находят широкое применение в устройствах систем безопасности, защищающих технологическое оборудование и емкости от разрушения избыточным давлением. Мембраны имеют ряд преимуществ по сравнению с клапанами аналогичного назначения, что предопределяет широкое использование мембран.

Мембрана после срабатывания, исходная мембрана и заготовка.

Рис.1.1

К преимуществам мембран относятся высокая герметичность, надежность и быстрота срабатывания в сложных условиях, а именно:

- при контакте с агрессивными средами, содержащими твердые фракции;

- в условиях повышенных температур;

- при значительных скоростях роста давления с возникновением опасности хлопков, детонаций и взрывов.

Основным преимуществом клапанов является возможность регулировки давления срабатывания и многократного использования (в неагрессивных условиях). Мембраны же изготавливаются на заранее определенное критическое давление, что, однако, вполне окупается существенно меньшей их стоимостью.

К мембранным устройствам привели поиски надежных средств защиты от взрывов и аварий в химической промышленности. Эффективное применение такие устройства имеют и в атомной энергетике. Устройства предохранительные мембранные (УПМ) используются в системах защиты реакторных установок на быстрых нейтронах (БН-600 и других). Они служат для сброса избыточного давления из натриевых контуров установок в случае возникновения аварийных ситуаций, связанных с прорывом перегретой воды и пара в жидкометаллический теплоноситель (натрий). УПМ устанавливаются на трубопроводах сбросных линий и являются саморазрушаемыми преградами, освобождающими сечение трубопровода при превышении давления сверх заданного заранее предела.

Ответственность защищаемого оборудования предъявляет высокие требования к техническим характеристикам мембран, как по точности срабатывания, так и по стабильности разрушающего давления при длительной их эксплуатации в контакте с агрессивными средами (жидкий натрий или смесь паров аргона и жидкого натрия). Это достигается выбором материалов, технологией изготовления, применением методов неразрушающего контроля каждого экземпляра, строгой отбраковкой, выборочными тестовыми разрушающими испытаниями отдельных экземпляров из поставляемой партии.

Изготовление мембран обычно выполняется методом глубокой пластической вытяжки под гидравлическим давлением из плоских круглых пластин-заготовок, жестко зажатых по контуру в кольцевых держателях. Для эффективного раскрытия мембраны по внутреннему контуру зажимных колец вытачивается острая кромка, исполняющая роль ножа. Важно, что для сохранения стабильности характеристик в этих же держателях мембрана устанавливается в устройства предохранительное мембранное (УПМ).

Настройка на конкретное давление срабатывания осуществляется варьированием толщины заготовки и высоты подъема купола мембраны при пластической формовке.

Предпринимавшиеся ранее неоднократные попытки организовать производство мембран, как обычной машиностроительной продукции, не имели успеха. Причины многочисленных неудач состояли в ориентации на получение и обеспечение требуемых характеристик мембран расчетным путем, с рядом неизбежных допущений и упрощений в условиях недостаточной определенности данных, полагаемых в основу расчета мембран. Неопределенность данных определяется обилием рабочих характеристик мембран, их конструктивными решениями, используемыми материалами, технологией изготовления и геометрией, а также множеством форм потери устойчивости мембран. При этом следует отметить, что чем выше качество изготовления сферических мембран (выдержана сферичность, равномерная толщина, отсутствие начального несовершенства, высока однородность материала образцов), тем меньше разница между экспериментальным и теоретическим значениями критического давления. Традиционный способ определения давления срабатывания хлопающих мембран, связан с разрушением значительного количества образцов при контрольных испытаниях. Кроме того, этот способ дает низкую точность определения критического давления каждой отдельной мембраны, так как доверительный интервал давления, устанавливаемый для всей партии на основе разброса значений испытанных образцов, распространяется на каждую мембрану.

В НИИ механики и прикладной математики Ростовского университета разработан и исследован широкий спектр конструкций мембранных элементов. Разработаны способы их изготовления и инструментального контроля, выполненные на уровне изобретений и лишенные вышеперечисленных недостатков. Методическое обеспечение измерительных комплексов позволяет определять давление срабатывания мембран с точностью до одного процента (для краткосрочных испытаний). Особое развитие получили два основных метода прогнозирования критического давления: метод экстраполяции по кривой "давление-перемещение" и акустико-эмиссионный метод. Некоторые из этих разработок нашли применение в реально действующих системах безопасности Белоярской атомной электростанции (БАЭС). Одной из таких разработок является система АСНИ-Мембрана, на базе которой построен данный лабораторный практикум. В этой системе для оценки критического давления используется анализ зависимости "давление-перемещение".

2. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ

"АСНИ-МЕМБРАНА"

Назначение.

Система предназначена для прогнозирования критического давления срабатывания ХПМ, помещенных в рабочую камеру экспериментной установки, включая все этапы получения и обработки экспериментальных данных, управления экспериментом и управления базой данных системы.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов учебной работы