реферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Дніпропетров

Работа добавлена на сайт samzan.net:

20

ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА та АРХІТЕКТУРИ

УДК 624.953:624.046.03

Федоряка Юлія Володимирівна

ОСОБЛИВОСТІ УРАХУВАННЯ ВІТРОВОГО НАВАНТАЖЕННЯ

В ОЦІНКАХ СТІЙКОСТІ СТАЛЕВИХ ВЕРТИКАЛЬНИХ

ЦИЛІНДРИЧНИХ РЕЗЕРВУАРІВ

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Єгоров Євгеній Аркадійович,

Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, завідувач кафедри металевих, дерев'яних та пластмасових конструкцій.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Мущанов Володимир Пилипович,

Донбаська національна академія будівництва і архітектури, проректор з наукової роботи, завідувач кафедри теоретичної та прикладної механіки;

доктор технічних наук, професор Красовський Василь Леонідович,

Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, завідувач кафедри будівельної механіки та опору матеріалів.

Захист відбудеться “” листопада 2007 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради   Д 08.085.02 при Придніпровській державній академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.

Автореферат розісланий “” жовтня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради        Кваша Е.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сталеві вертикальні циліндричні резервуари наземного типу широко розповсюджені у багатьох галузях народного господарства. Найбільше використання вони мають в хімічній, нафтовій, газовій промисловості як ємкості, що призначені для зберігання рідин та газів. 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.

Висока вартість продукту, що зберігається, а також велика шкода, яка наноситься навколишньому середовищу при аваріях з можливими витоками продукту, обумовлюють той факт, що до експлуатаційної надійності нафтових резервуарів пред’являються дуже високі вимоги. Експлуатаційна надійність забезпечується міцністю, стійкістю та герметичністю основних конструктивних елементів резервуару. 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). Зазначене перетворення здійснюється шляхом введення коефіцієнта , значення якого є константа і не залежить від геометричних параметрів резервуарів, а також не враховує спільної дії вітрового тиску і технологічного вакууму, що може виникнути в газовому просторі резервуара. Все це суперечить фізичній природі розглянутих явищ і може супроводжуватися значними розбіжностями між дійсним резервом стійкості резервуару і його розрахунковою оцінкою.

У нормах проектування ДБН В.1.2-2:2006 “Навантаження й впливи”у порівнянні з попередніми нормами виконане коригування вітрового навантаження на території України убік його істотного збільшення. Це значною мірою підвищує актуальність подальшого вдосконалювання розрахункових оцінок технічного стану будівель та споруд, що піддані дії вітрового навантаження.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася в рамках держбюджетних науково-дослідних договорів: № 10 „Удосконалення методів розрахунку, конструювання та діагностики технічного стану металевих та дерев’яних 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.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є удосконалення розрахункових оцінок впливу вітрового навантаження на стійкість сталевих вертикальних циліндричних резервуарів на підставі проведення відповідного теоретичного аналізу з використанням універсальних програмних комплексів.

Для досягнення поставленої мети вирішувались такі задачі:

•  визначення ефективних параметрів скінченно-елементних моделей сталевих вертикальних циліндричних резервуарів для вирішення задач стійкості при навантаженні вітрового типу;
•  дослідження особливостей деформування та напруженого стану циліндричної стінки вертикальних сталевих резервуарів при дії вітрового навантаження;
•  розрахунок нелінійної задачі деформування циліндричної стінки вертикальних сталевих резервуарів, що перебувають під впливом вітрового навантаження;
•  розрахунок лінійної біфуркаційної задачі стійкості циліндричної стінки вертикальних сталевих резервуарів, що перебувають під впливом вітрового навантаження;
•  визначення граничного значення вітрового навантаження на підставі порівняльного аналізу результатів розрахунку біфуркаційної задачі і задачі нелінійного деформування;
•  розробка рекомендацій з урахування вітрового навантаження в інженерних оцінках стійкості сталевих резервуарів на стадії проектування та при діагностиці технічного стану резервуарів у період їх експлуатації.

Об'єкт досліджень –сталеві вертикальні циліндричні резервуари наземного типу для зберігання нафти й нафтопродуктів.

Предмет досліджень –стійкість сталевих вертикальних циліндричних резервуарів при дії вітрового навантаження.

Методи досліджень –чисельні методи (метод скінченних елементів) з використанням універсальних програмних комплексів ЛІРА, версія 9.2 (ЛІРА 9.2), та COSMOS/M 2.6.

Наукова новизна роботи полягає в виявленні і кількісній оцінці залежності впливу вітрового тиску на стійкість сталевих вертикальних циліндричних резервуарів від геометричних параметрів цих споруд. При цьому основні результати, що мають наукову новизну, зводяться до наступного:

•  визначено ефективні параметри скінченно-елементної моделі циліндричної стінки сталевих резервуарів для рішення задач стійкості при навантаженні вітрового типу;
•  проведено аналіз напружено-деформованого стану сталевих резервуарів при дії вітрового тиску різної інтенсивності; виявлений ефект, що складається у виникненні хвильового характеру деформування стінки вже при самих незначних, далеких від граничних, значеннях вітрового тиску;
•  установлено, що для оболонок ідеальної форми таке початкове хвильове деформування виявляється визначальним для подальшого нелінійного деформування впритул до досягнення граничних значень вітрового тиску;
•  установлено основні закономірності поведінки циліндричної стінки резервуара при граничних значеннях вітрового тиску, визначені характерні співвідношення між критичними й граничними значеннями вітрового тиску;
•  одержано диференційовані значення коефіцієнта приведення вітрового тиску до еквівалентного вакууму залежно від геометричних параметрів і умов закріплення циліндричної стінки резервуарів.

Практичне значення одержаних результатів полягає в наступному:

•  визначені ефективні параметри скінченно-елементної моделі резервуара в істотній мірі спрощують застосування чисельних програмних комплексів для оцінки

стійкості сталевих резервуарів у дослідницьких цілях;

•  одержані диференційовані значення коефіцієнта приведення вітрового тиску до еквівалентного вакууму для резервуарів ємкістю від 100 до 50 000 м дозволяють уточнити інженерні оцінки стійкості резервуарів на стадії проектування;
•  розроблений алгоритм оцінки стійкості, який враховує індивідуальну інформацію про технічні параметри резервуарів, у тому числі й можливі дефекти геометрії, дозволяє значно підвищити достовірність загальної оцінки технічного стану резервуарів, що перебувають в експлуатації.

Особистий внесок здобувача. Наведені в дисертаційній роботі результати досліджень одержані здобувачем самостійно. Особистий внесок здобувача полягає в наступному:

•  збір, аналіз, узагальнення теоретичних і експериментальних робіт, що стосуються питань стійкості циліндричних оболонок при нерівномірному зовнішньому тиску вітрового типу;
•  розробка скінченно-елементних моделей циліндричної стінки резервуарів при дії навантаження вітрового типу;
•  розрахунок лінійної задачі стійкості, задачі напружено-деформованого стану і нелінійного деформування циліндричної стінки при дії вітрового тиску з використанням програмних комплексів ЛІРА 9.2 та COSMOS/М 2.6; аналіз одержаних результатів;
•  розробка рекомендацій з уточненого урахування вітрового навантаження в оцінках стійкості сталевих вертикальних циліндричних резервуарів.

Апробація результатів дисертаційної роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися і були опубліковані в матеріалах науково-технічних конференцій та семінарів: колоквіум “Удосконалювання методів розрахунку, конструювання і ремонту сталевих резервуарів”(Скадовськ, 3-5 вересня 2003 р.), III міжнародна науково-практична конференція “Інноваційні технології діагностики, ремонту і відновлення об'єктів будівництва і транспорту”(Алушта, 12-16 вересня 2005р.); польсько-український семінар “Теоретичні основи будівництва”(Варшава, 29 червня-2 липня 2006 р.), міжвузівський науковий семінар “Проблеми нелінійної механіки”(Дніпропетровськ, наукові керівники семінару –д.т.н., проф. Маневич А.І., д.т.н., проф. Кваша Е.М.). У повному обсязі дисертаційна робота доповідалась 14 червня 2007 р. на розширеному засіданні науково-технічного семінару кафедри металевих, дерев'яних і пластмасових конструкцій Придніпровської державної академії будівництва та архітектури.

Публікації. Основні наукові результати за темою дисертаційної роботи опубліковані у 10 наукових працях, зокрема, у 7 наукових публікаціях в спеціалізованих виданнях, внесених до переліку ВАК України, та в 3 працях –у матеріалах і тезах конференцій.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів, висновків і списку використаних джерел. Загальний обсяг дисертації - 171 стор., у тому числі 138 стор. основного тексту, список літератури з 72 джерел на 8 стор., 59 малюнків і 12 таблиць на 25 повних сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, сформульовано мету та задачі дослідження. Показано наукову новизну і практичне значення результатів, одержаних у роботі.

У першому розділі розкривається зміст проблеми стійкості сталевих вертикальних резервуарів (РВС), аналізується сучасний стан питання.

Відзначено, що такі споруди виготовляються місткістю від 100 м до 100-120 тис. м та більше. В інженерній практиці під стійкістю резервуару розуміють стійкість його циліндричної стінки. За своїми характерними геометричними параметрами циліндрична стінка відноситься до дуже тонкостінних циліндричних оболонок, тому питання стійкості є тут особливо актуальними.

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. При цьому коефіцієнт приведення  дорівнює 0,5 у всіх випадках.

У нормах проектування інших країн (Eurocode 3: Design of steel structures) застосовується аналогічний підхід, однак коефіцієнт приведення при цьому залежить від геометричних параметрів оболонки. Значення коефіцієнту , вирахувані за формулою Eurocode 3, для резервуарів ємкістю від 100 до 50 000 м складають 0,60,9.

Аналіз сучасного стану питання показав, що проблема стійкості циліндричних оболонок при дії нерівномірного зовнішнього тиску, частковий випадок якого представляє собою вітровий тиск, глибоко вивчена. Стійкість циліндричних оболонок при дії нерівномірного тиску вивчалася у роботах Е.І. Гріголюка, В.В. Кабанова, Л.В. Андрєєва, Н.І. Ободан, А.Г. Лєбєдєва, Н.П. Семенюка, В.С.Гудрамовича, Б.О. Елмрота, Т. Янга, Й. Арбоча, Г. Соубла, С. Ямада, І.Г.А.Кролла, Л. Доннелла та багатьох інших. Однак у всіх цих роботах характер розподілення зовнішнього тиску за периметром оболонки відрізняється від епюри вітрового навантаження.

Напружено-деформований стан та стійкість циліндричних оболонок при вітровому навантаженні досліджувалися в роботах Р.Ф. Ріша, Т. Янга, Г. Шмідта, Л.А. Годоя, Р.С.Кундурпі, Д. Джонса, В. Гугенбергера, М. Пірчера, Р. Грейнера, Ф. Резінгера та ін., а питання стійкості резервуарів розглядалися в роботах М.К. Сафаряна, Є.Н. Лєссіга, В.Є. Шутова, Б.Ф. Бєляєва, В.А. Галканова, Р.Р. Кулахмет’єва, Б.В. Поповського, А.А. Катанова, Г.П. Кандакова, І.Л. Ружанського, Є.А.Єгорова, О.І. Оглоблі, В.П. Мущанова, Б.Г. Ісмагулова, Ю.П. Барвінко, В.М. Голінько та ін. З аналізу результатів досліджень, як в області сталевих резервуарів, так і в області циліндричних оболонок, випливає, що загальні закономірності характеру деформування та можливої втрати стійкості циліндричних оболонок при дії нерівномірного тиску добре вивчені. Втім, урахування впливу вітрового тиску в оцінках стійкості сталевих вертикальних циліндричних резервуарів має цілу низку недосконалостей і тому потребує подальшого уточнення. Все це вимагає проведення додаткових досліджень.

На підставі огляду технічної літератури та виконаного аналізу стану питання сформульовані мета і задачі досліджень.

У другому розділі обґрунтовується вибір методу досліджень. В дисертаційній роботі метод досліджень полягав в комп’ютерному моделюванні поведінки сталевих резервуарів під дією вітрового навантаження. Комп’ютерне моделювання здійснювалося із застосуванням методу скінченних елементів (МСЕ), який останнім часом отримав широке розповсюдження і реалізується сучасними універсальними програмними комплексами (ПК). Всі дослідження в роботі виконувались із використанням ПК ЛІРА 9.2 та COSMOS/М 2.6.

Найбільш принциповими питаннями за таким методом досліджень є формування скінченно-елементних (СЕ) моделей резервуару та оцінка достовірності одержуваних результатів. В дисертації формування СЕ моделей циліндричної стінки резервуарів здійснювалося на підставі наступних допущень та положень:

1.  циліндрична стінка, яка складається з поясів різної товщини, замінювалась гладкою оболонкою постійної товщини;
2.  при формуванні СЕ моделей циліндричної стінки використовувались прямолінійні скінченні елементи оболонкового типу;
3.  число скінченних елементів по периметру циліндричної оболонки приймалося кратним числу хвиль випинання класичної форми втрати стійкості оболонки.

Дослідження виконувалися для оболонок, геометричні параметри яких знаходилися в межах наступних співвідношень: r/t=5003800; l/r=0,62,5; (де , , - радіус, товщина і довжина циліндричної оболонки). Такі співвідношення охоплюють параметри всієї номенклатури сталевих вертикальних циліндричних резервуарів, які застосовуються у промисловості. Циліндричні оболонки, що відповідають наведеним співвідношенням, в подальшому будуть називатися резервуарними.

Встановлено, що для резервуарних оболонок число скінченних елементів по периметру повинне прийматися таким, щоб на одну хвилю випинання класичної форми втрати стійкості оболонки доводилось 9-13 скінченних елементів. Вітровий тиск по периметру оболонки рекомендується представляти ординатами із кроком  по кутовій координаті.

Орієнтуючись на конструктивні рішення та деякі особливості фактичної роботи вертикальних циліндричних резервуарів під час експлуатації, при формуванні СЕ моделей резервуарних оболонок розглядалися такі варіанти закріплення торців оболонок: 1) шарнірне обпирання; 2) жорстке закріплення; 3) верх –жорсткий диск, низ –шарнірне закріплення; 4) верх –жорсткий диск, низ –жорстке закріплення.

Варіанти №№ 1, 2 є класичними в теорії стійкості оболонок. У варіантах №№3, 4 по верхньому краю оболонки прийнятий жорсткий диск, який моделює наявність в резервуарах стаціонарної покрівлі або кільця жорсткості, які мають відповідну жорсткість, але можуть переміщатися в горизонтальній площині.

Достовірність результатів, одержаних з використанням ефективної СЕ моделі, на всіх етапах досліджень оцінювалась рішенням відповідних тестових задач. Для випадку дії рівномірного тиску розходження одержаних чисельних результатів із аналітичними рішеннями склало 5-7%.

У третьому розділі на підставі результатів розрахунку лінійної задачі деформування аналізуються особливості напружено-деформованого стану (НДС) сталевих вертикальних циліндричних резервуарів при дії вітрового тиску.

Встановлено, що при навантаженні оболонок вітровим тиском переважаючими виявляються мембранні кільцеві напруження , розподіл яких по периметру оболонки відповідає епюрі

вітрового тиску, див. рис. 2-3, а значення їх знаходяться у діапазоні  МПа. Другими за величиною є мембранні меридіональні напруження , характер розподілу яких також близький до розподілу вітрового тиску, але на епюрах  з'являються незначні хвильові відхилення.

При цьому для усередненої кривої розподілу  має місце залежність: .

Згинальні напруження в середній частині оболонки представлені дуже слабко. Значення згинальних напружень кільцевого та меридіонального напрямку складає 0,0010,93 МПа. Найбільші значення згинальних напружень мають місце на ділянках оболонок поблизу закріплень, але детальний аналіз НДС цих ділянок не виконувався, бо існуючі тут особливості мають сугубо локальний характер.

Наведені значення напружень дозволяють стверджувати, що в оцінках міцності вітрове навантаження не має суттєвого впливу і може не враховуватися.

Аналіз деформативного стану резервуарних оболонок при вітровому навантаженні показує, що навіть при невеликих значеннях вітрового тиску , де  - критичний вітровий тиск для розглянутої оболонки, на поверхні оболонки, і, особливо, в зоні активного вітрового тиску, виникають хвильові відхилення радіального напрямку, див. рис. 4-5.

На перший погляд, виникнення таких хвильових відхилень не відповідає характеру діючого навантаження, але подібне явище мало місце і при проведенні натурних експериментів (див. роботи А.І. Манєвіча), і все це, вочевидь, є наслідком неоднорідного характеру навантаження. Величина таких відхилень є дуже незначною, але довжина їх близька до довжини хвиль випинання власної форми втрати стійкості оболонок і це може відігравати значну роль в подальшому деформуванні оболонок. З

цього виходить, що для одержання надійної оцінки стійкості критичні значення вітрового тиску треба визначати не тільки за результатами вирішення біфуркаційної задачі стійкості, а і по результатах розрахунку задачі нелінійного деформування оболонок.

У четвертому розділі розглядаються граничні стани резервуарних оболонок, які можуть виникати при дії вітрового тиску. Це здійснюється на підставі результатів вирішення нелінійної задачі деформування і біфуркаційної задачі стійкості.

Аналіз одержаних результатів вказує на те, що істотні розходження між лінійним та нелінійним розрахунками НДС починають виявлятися при досягненні вітровим тиском значення , де  - верхнє критичне значення вітрового тиску. В цих умовах значно зростають радіальні переміщення  оболонок, а також згинальні напруження кільцевого напрямку .

При розрахунку нелінійної задачі деформування одержані також графіки залежності прогину  від величини тиску . Характерний вигляд вказаних графіків наведений на рис. 6.

У всіх випадках по графіках чітко простежуються верхня та нижня точки, які, згідно з теорією стійкості, відповідають верхньому  і нижньому  критичним значенням вітрового тиску. Відповідні величини відносних прогинів  оболонки складають: при - ; при - . Більші величини прогинів при  мають місце для оболонок з шарнірними закріпленнями торців.

Розрахунком біфуркаційної задачі стійкості визначалися критичні (біфуркаційні) значення вітрового навантаження . Якщо досягнення критичних значень вітрового тиску  і  супроводжується істотним зростанням деформацій оболонок, то  пов’язано з повною втратою стійкості оболонки, що є вкрай неприпустимим для сталевих резервуарів.

З аналізу одержаних даних встановлено, що для резервуарних оболонок значення  та  дуже близькі. Цей факт, а також величини прогинів, наведені вище, свідчать про те, що надійною оцінкою стійкості може бути оцінка з використанням в якості граничного вітрового тиску нижнього критичного значення .

Аналіз одержаних форм втрати стійкості оболонок показує, що, на відміну від рівномірного тиску, де регулярні хвилі утворюються за всім периметром оболонки, при вітровому тиску хвилі виникають переважно в зоні активного вітрового тиску, при цьому амплітуди хвиль випинання поступово зменшуються від центральної частини активного тиску до його країв, див. рис. 7.

У п'ятому розділі наводяться рекомендації з урахування навантаження вітрового типу в інженерних методиках оцінки стійкості сталевих резервуарів.

При проектуванні оцінка стійкості резервуарів виконується за формулою:

;     (1)

де ,  - відповідно, меридіональні та кільцеві напруження від навантажень, діючих на стінку резервуару;

, - критичні меридіональні та кільцеві напруження, які визначаються за формулами ВБН В.2.2-58.2-94 “Резервуари вертикальні сталеві…”;

- коефіцієнт умов роботи конструкції.

При визначенні  вітрове навантаження, як і в діючому нормативному документі ВБН В.2.2-58.2-94, зручно зводити до еквівалентного рівномірного тиску. За результатами дисертаційної роботи коефіцієнт приведення  можна визначати за формулою:

;                                               (2)

де  - критичний рівномірний тиск.

В такому формулюванні  залежить від геометричних параметрів кожного окремого резервуару. В інженерній практиці визначення  можна здійснювати, користуючись даними, наведеними у табл.1.

Таблиця 1

Значення коефіцієнта 

Умови закріплення

,5	,0	,5	,0	,5
Шарнірне закріплення	500	,877	,795	,735	,698	,683
	,886	,844	,767	,700	-
	,926	,895	,770	-	-
Жорстке закріплення	500	,436	,420	,406	,372	,351
	,450	,439	,415	,377	,300
	,500	,445	,433	,407	,367
Низ оболонки - шарнірне закріплення, верх - жорсткий диск	500	,623	,566	,522	,492	,475
	0,649	,586	,545	,526	-
	,650	,607	,550	-	-

В діагностичних оцінках стійкості коефіцієнт  визначається як співвідношення:

.                                                              (3)

В даному випадку  треба визначати з урахуванням індивідуальної інформації про технічні параметри резервуара, тобто з урахуванням фактичної форми циліндричної стінки. Параметри дефектів геометричної форми одержуються безпосередніми натурними обмірами кожного окремого резервуара.

В дисертації запропоновано інженерний алгоритм визначення  із застосуванням асимптотичного методу. Схема реалізації вказаного алгоритму наведена на рис. 8, а блок-схема –на рис.9.

Використання інженерного алгоритму дозволяє суттєво уточнити діагностичну (індивідуальну) оцінку стійкості сталевих резервуарів. На рис. 10-11 наведені приклади, де із застосуванням розробленого алгоритму були визначені діагностичні оцінки стійкості і надалі запроектовані конструкції посилення резервуарів.

Окрім того, алгоритм застосовувався і застосовується в розрахунках стійкості при обстеженнях резервуарів, що масово виконуються Лабораторією надійності резервуарних конструкцій (ЛАНАРК) ПДАБтаА.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ ПО РОБОТІ

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.

1.  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.
2.  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.
3.  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 .
4.  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 .
5.  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.
6.  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.
2.  Федоряка Ю.В. Оценка устойчивости стальных вертикальных цилиндрических резервуаров при действии ветровой нагрузки // Строительство, материаловедение, машиностроение / Сб. н. тр. - Днепропетровск, 2003. –Вып. 25. –с.241-244.
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. –. –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 Приднiпров’я. Сер.: Інженерні дисципліни. –. №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.
7.  Федоряка Ю.В. Устойчивость стальных вертикальных резервуаров при ветровой нагрузке // Строительство, материаловедение, машиностроение / Сб. н. тр. - Днепропетровск, 2004. –Вып. 30. –с.212-215.

Роботи, які додатково відображають результати досліджень:

1.  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.
2.  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.
3.  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. –. –с. 19-21.

АНОТАЦІЯ

Федоряка Ю.В. Особливості урахування вітрового навантаження в оцінках стійкості сталевих вертикальних циліндричних резервуарів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди. –Придніпровська державна академія будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України, Дніпропетровськ, 2007.

Дисертація присвячена теоретичному аналізу особливостей напружено-деформованого стану та стійкості сталевих вертикальних циліндричних резервуарів при дії вітрового навантаження на підставі використання універсальних програмних комплексів.

Встановлено, що головною особливістю деформованого стану циліндричної оболонки при дії вітрового тиску є виникнення хвилеподібних погинів поверхні, параметри яких є резонансними з параметрами власної форми втрати стійкості оболонки. Такі погини суттєво впливають на характер деформованого стану і визначають поведінку оболонки в граничних станах

Запропоновані нові значення коефіцієнта приведення вітрового навантаження до еквівалентного вакууму, які визначаються в залежності від геометричних параметрів резервуарів.

Розроблений інженерний алгоритм визначення критичного значення вітрового тиску оболонки з початковими недосконалостями. Застосування вказаного алгоритму дозволяє суттєво уточнити діагностичну оцінку стійкості резервуарів, що експлуатуються.

Ключові слова: резервуар, циліндрична оболонка, вітрове навантаження, критичне навантаження, напружено-деформований стан, стійкість.

АННОТАЦИЯ

Федоряка Ю.В. Особенности учета ветровой нагрузки в оценках устойчивости стальных вертикальных цилиндрических резервуаров. –Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 –строительные конструкции, здания и сооружения. –Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины, Днепропетровск, 2007.

Диссертация посвящена теоретическому анализу особенностей напряженно-деформированного состояния и устойчивости стальных вертикальных цилиндрических резервуаров при действии ветровой нагрузки на основе использования универсальных программных комплексов.

Установлено, что основной особенностью напряженно-деформированного состояния цилиндрических оболочек при ветровой нагрузке является возникновение волнообразной погиби на поверхности оболочки, параметры которой резонансны параметрам собственной формы потери устойчивости оболочки. Такая погибь существенно влияет на характер деформированного состояния и определяет поведение оболочки в предельных состояниях.

Анализ результатов расчета задачи нелинейного деформирования и бифуркационной задачи устойчивости показал, что во всех случаях бифуркационная нагрузка выше критической нагрузки, получаемой нелинейным решением. Превышение составляет 5-7%. Величина радиальных перемещений, полученная нелинейным решением, а также соотношения бифуркационной и критической нагрузок позволяют утверждать, что в инженерных расчетах для получения надежной оценки устойчивости в качестве предельного значения ветровой нагрузки нужно принимать нижнее критическое значение ветрового давления, определяемое нелинейным решением.

Предложены новые значения коэффициента приведения ветровой нагрузки к эквивалентному вакууму, которые определяются в зависимости от геометрических параметров резервуаров.

Разработан инженерный алгоритм определения критического значения ветрового давления оболочки с начальными несовершенствами. Применение данного алгоритма позволяет существенно уточнить диагностическую оценку устойчивости резервуаров, находящихся в эксплуатации.

Ключевые слова: резервуар, цилиндрическая оболочка, ветровая нагрузка, критическая нагрузка, напряженно-деформированное состояние, устойчивость.

SUMMARY

Fedoryaka Yu.V. Features of wind load accounting in stability estimation of steel vertical cylindrical tanks. – Manuscript.

Thesis for the candidates degree by Speciality 05.23.01 –Building constructions, building and structures. –Prydneprovskaya state academy of civil engineering and architecture of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2007.

This thesis is devoted to theoretical analysis of stress-strain state and stability of steel vertical cylindrical tanks at wind load. Universal computer programs, realizing numerical method of finite elements, are used.

Main feature of stress-strain state of cylindrical shells at wind load is wave-form deformations, which are risen on shell surface even at small pressure. These deformations are formed the shell strain state up to limit load.

New values of transforming factors of wind pressure to uniform external pressure are proposed. These values are depended from tanks geometry.

The algorithm of critical wind load definition of shell with geometrical imperfections is worked out. Use of this algorithm makes more precise the diagnostic stability estimate of tanks in service.

Key words: tank, cylindrical shell, wind load, stress-strain state, stability.

1. 2014 учебный год Специальность 5B071200 Машиностроение 5В072000 Технологические машины и оборудование
2. Чтение художественной литературы
3. реферате подробно остановлюсь на некоторых из них
4. 2014г Возможно и раньше информация поступит в начале октября
5. и долгосрочных последствий 17 августа 1998 г
6. Юридическое лицо как субъект гражданского права
7. тематике В 12 лет она мечтает об учебе в гимназии котоpую посещать лицам женского пола запpещалось но ее насто
8. Несостоятельность теории электромагнетизма
9. хорошие и плохие
10. Светлячок Сара
11. Типология современных российских газет
12. Контрольная работа является важной составной частью самостоятельной работы студентов
13. приточные сюжеты; изменение цвета и изобразительной формы; новое понимание назначения и с
14. Органические удобрения
15. владимирских мещан
16. Правовое регулирование рекламных отношений в России.html
17. реферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук Київ ~ Ди
18. Реферат- Монашество
19. тематических дисциплин Кафедра информационных систем и математики ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ на тему-
20.  Вещество с наиболее выраженными окислительными свойствами 1 HNO3 2 N2O3 3 NO

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе