Материал: Vasilyev_09_03_2017

Верхнюю грань прямоугольного короба необходимо удалить, для этого используем инструмент (удалить грань на поверхности):

7) добавим к опоре выступы опорного листа. Для этого на эскизе контура опор дорисуем отрезки (длиной 55 мм в нашем случае) слева и справа. Затем выталкиванием () построить поверхности на то же расстояние, как и остальная часть опор (2620 мм) в обе стороны. Далее пересечь () данные поверхности с корпусом аппарата, удалить лишнее и сшить с корпусом:

8) срежем вертикальные листы опор лап под углом (согласно чертежу). Для этого:

а) построим Рабочую плоскость () с началом координат в точке наружного нижнего угла вертикальной части опоры параллельно данной части опоры;

б) создадим новый эскиз в данной рабочей плоскости и отметим точки, необходимые для построения вертикальных плоскостей, определяющих границы опор. Для этого инструментом (рисовать узел) отметим необходимые точки по координатам и соединим их отрезком (). Закончим редактирование эскиза:

в) из нарисованного отрезка выталкиванием (, на дистанцию более ширины опоры, например 350 мм) получаем плоскость, которой пересечением () с опорой отсекаем треугольные участки от заготовки опоры-лапы, удаляем лишнее:

г) те же действия производим со второй опорой:

9) вторую пару опор-лап строим аналогично в перпендикулярной плоскости:

7. Создание на основе построенной модели конечно-элементной сетки для дальнейшего расчета в модуле Structure3D.

Для этого нажать на кнопку (создать конечно-элементную сетку) для генерации сетки. В появившемся окне задать шаг разбивки. Чем меньше будет шаг, тем на большее количество элементов будет разбита модель и тем точнее будут результаты, однако возрастает время расчета. Также при слишком маленьком шаге начинает увеличиваться ошибка вычисления вследствие ограниченности в точности вычисления ЭВМ.

Шаг разбивки должен быть соразмерен конструктивным элементам модели, требующим расчета. Примем параметр равным 150.

Далее конечно-элементную сетку можно сохранить () или сразу передать в модуль Structure3D для расчета ().

8.2. Расчет аппарата на прочность в модуле Structure3D

Запускаемая автоматически из Studio или вручную с рабочего стола программа Structure3D имеет вид, представленный на рис. 8.5.

Рис. 8.5. Внешний вид программы Structure3D

Рис. 8.6. Вид аппарата в программе Structure3D

Для расчета аппарата на прочность, необходимо задать толщины всех элементов, нагрузки и опоры.

Для удобства работы с программой, отдельные элементы (фланцы, опоры, рубашку и др.) можно выделить в отдельные слои. Управление слоями осуществляется вызовом командой (Список слоев) следующего диалогового окна:

Новые слои добавляются кнопкой «Новый», горящая или выключенная лампочка показывает видимость данного слоя на экране, красная галочка показывает активность слоя, то есть все работы по построению будут проводиться в данном слое (если активный слой выключен , то все новые построения также будут невидимы).

Перенесем фланец верхней крышки аппарата в отдельный слой, для этого создаем новый слой, делаем его активным и невидимым.

Затем инструментом (Выбрать группу) выбираем элементы фланца. Для данной команды есть различие, каким образом производить выделение региона, слева направо сверху вниз, или же наоборот, справа налево сверху вниз. В первом случае выделяются только те элементы, которые полностью попали в выделение, а во втором – все, которые выделение задело.

Выделять элементы, находящиеся в одной плоскости, удобно, расположив данную плоскость перпендикулярно направлению взгляда.

И далее, нажав кнопку (Выделенные в активный слой), переносим элементы фланца в другой слой, при этом они с экрана исчезают, так как активный слой невидим.

Те же операции производим и с опорами аппарата, перенеся их в отдельный слой.

Теперь необходимо задать толщину пластинчатым элементам согласно чертежам и расчетам. Толщина всем или только выделенным элементам задается командами (Задать толщину всем элементам) и (Задать толщину выделенным).

Далее можно задать нагрузки. Внутреннее или внешнее давление задается командой (Нормальная нагрузка на пластину). Выделяем оболочку аппарата и нажимаем . В появившемся окне задаем в поле «Значение1» величину давления (Н/мм² = МПа). Знак «+» или «-» задает направление давления относительно системы координат пластины. Если на каких-либо элементах нагрузка направлена в отличную сторону, то необходимо поменять знак нагрузки данного элемента. На рис. 8.7. показано внешнее давление.

Рис. 8.7. Внешнее давление

Также необходимо задать опоры. Для этого отобразим отдельно слой с опорами, выделим узлы опорного листа первой опоры, нажать на кнопку (Опора) и на выделенные узлы.

В появившемся окне задать ограничения по перемещениям для узлов. Для того чтобы система была статически определимой, в одной опоре задаются ограничения перемещения по всем трем осям (X, Y,Z), во второй опоре (X и Z) – по двум степеням, во всех остальных – по одной степени (Z).

После этого можно приступить к расчету на прочность и анализу результатов.

Расчет выполняется вызовом окна из меню «Расчет» пункта «Расчет…». В диалоговом выбрать необходимые типы расчета, например «Статический расчет», и нажать ОК.

После окончания расчета в меню «Результаты» выбираем пункт «Карта результатов…», в появившемся окне выбрать результаты по «Напряжению» и нажать ОК.

Рис. 8.8. Результат расчета корпуса аппарата на прочность

8.3. Результаты расчета корпуса химаппарата на прочность, устойчивость и виброустойчивость

Разработан химический реакционный емкостной аппарат с перемешивающим устройством. Корпус аппарата имеет коническое днище и эллиптическую крышку.

Номинальный объем 8 м³.

Внутренний диаметр 2000 мм.

По результатам расчета был выбран привод типа 2, исполнение 1, габарит 2.

Толщина стенки эллиптической крышки и днища аппарата 10 мм, материал корпуса Х18Н10Т.

Диаметр вала 60 мм, длина 3,255 м.

Тип мешалки 10 – рамная мешалка, диаметр равен 1600 мм.

Частота вращения 50 об/мин.

Потребляемая мощность 6,0 кВт.

Подборка подшипники качения: тип 8211Н ГОСТ 7872-89,тип 211по ГОСТ 8338-75 и тип 1212 по ГОСТ 28428-90.

Подобрана муфта по ОСТ 26-01-1226-75 в соответствии с диаметром вала и крутящим моментом: фланцевая муфта, габарит 2, исполнение 2.

Аппарат содержит 4 опоры-лапы и 3 опоры-стойки.

Подобраны штуцеры и люк по ОСТ 26-01-1246-75.

Фланцевое соединение было выбрано по избыточному давлению и температуре (t=60⁰С).

Допускаемое давление не должно превышать

Наименьшая долговечность подшипника составляет 53993 ч (для опоры А).

Установлено, в результате сравнения напряжений в средней части оси обечайки, полученных по аналитической формуле безмоментной теории оболочек Лапласа, и полученных по численному методу конечных элементов (МКЭ), их близкое соответствие.

В зоне изменения геометрии, то есть в зонах перехода обечайки в коническую часть и в эллиптическую крышку химаппарата, при толщине 12м обнаружена вспышка напряжений до 400 МПа, что превышает допустимую величину в 140 МПа.

Согласно инструкциям проектирования корпусов химаппаратов в этих местах была выполнена отбортовка, вваркой кольца толщиной 20 мм, в результате напряжения в отбортовках уменьшились до 90 МПа.

Также было обнаружено, что напряжения в стенках люка-лаза превысили допускаемые и составили около 400 МПа. Проблему повышения прочности люка-лаза можно решить, увеличив толщину стенки люка с 12 до 20 мм.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Никитин, Н.Н. Курс теоретической механики: учеб. для вузов /Н.Н. Никитин. - М.: Высш.шк., 1990.- 607с.

2.Феодосьев, В.И. Сопротивление материалов: учеб. для вузов /В.И. Феодосьев. - 11-е изд., стер. - М.: Изд.-во МГТУ, 2003.- 592с.

3. Артоболевский, И.И. Теория механизмов и машин: учеб. для вузов / И.И.Артоболевский. -4-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука, 1988.- 640с.

4. Иванов, М.Н. Детали машин: учеб. для вузов / М.Н. Иванов, В.А. Финогенов. - 8-е изд., 2003.- 408с.

5. Мещерский, И.В., Бутенин Н.В. Сборник задач по теоретической механике: / под ред. Н.В. Бутенина - 36-е изд., испр. - М.: Наука, 1986.- 447с.

6. Артоболевский, И.И. Сборник задач по теории механизмов и машин /

И.И. Артоболевский, Б. Эдельштейн .-2-е изд. - М.: Наука, 1975.- 256с.

7. Беляев, Н.М. Сборник задач по сопротивлению материалов/ Н.М. Беляев, Л.К. Паршин, Б.Е. Мельников, В.А.. Шерстнев, Н.В. Чернышева; под ред. Л.К. Паршина. - СПб.: И.Федоров, 2003.- 432с.

8. Детали машин в примерах и задачах/ под общ. ред. С.Н. Ничипорчика. .-2-е изд. - Минск: Высш. школа, 1981.- 432с.

9. Дунаев, П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин: учеб. пособие для студ. вузов / П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов - 8-е изд., перераб. и доп. - М.: ACADEMA, 2004.- 496с.

10. Анурьев,В.И. Справочник конструктора-машиностроителя / В.И.Анурьев; под ред. И.Н. Жестковой.- 8-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 2001.

- Т.1. - 920 с.; Т.2. - 912 с.

11. Детали машин : атлас конструкций / под ред. Д.Н.Решетова .- 5 изд. - М.: Машиностроение, 1992.- 352 с.

12. Вихман, Г.Л. Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов: учеб. для вузов / Г.Л.Вихман. – М.: Машиностроение, 1978.-327с.

13. Генкин, А.Э. Оборудование химических заводов: учеб. пособие для ССУЗОВ / А.Э.Генкин. - 4-е изд., перераб., доп. - М.:Высш.шк.,1986.-280 с.

14. Лащинский, А.А. Конструирование сварных химических аппаратов /А.А.Лащинский. – М., -1981. -352 с.

Дополнительная литература

15. Перель, Л.Я. Подшипники качения: справочное пособие / Л.Я. Перель - М.:Машиностроение,1983.-544 с. Учебные пособия кафедры

16. Оформление пояснительных записок при курсовом проектировании: метод. указания /сост. А.С.Сулейманов -Уфа:Изд-во УГНТУ, 1999.-15 с.

17. Справочные таблицы к курсовому проекту по прикладной механике. Материалы, типы приводов, муфты, люки / сост. Хлесткина В.Л., Ямалтдинов А.И. – Уфа: УНИ, 1991. – 42 с.

18. Расчет опор. Мешалки и корпуса химических аппаратов: методические указания и справочные таблицы / Хлесткина В.Л. -Уфа: Уфимский государственный нефтяной технический университет, 1999.-34 с.

19. Уплотнения валов. Мешалки химических аппаратов. Справочные таблицы / Хлесткина В.Л. Уфа: Уфимский нефтяной институт, 1985.-20 с.

20. Фланцевые соединения: метод. указания к выполнению курсового проекта/сост. Хлесткина В.Л., Сынковская В.Г.-Уфа: УНИ, 1987. -15с.

21. Расчет и конструирование аппаратов с перемешивающими устройствами, 1988 /сост. Хлесткина В.Л. - Уфа : Уфимский нефтяной институт, 1988. - 25 с.

22. Расчет валов: учебно-методическое пособие по прикладной механике / сост. Полканова О.Г., Хлесткина В.Л. -Уфа: УГНТУ, 2000.- 21 с.

23. Расчет элементов конструкций: метод. указания к выполнению расчетно-графической работы по курсу “Прикладная механика” /сост. Полканова О.Г., Хлесткина В.Л. -Уфа: Уфимский государственный нефтяной технический университет, 1994.- 48 с.

24. Шелофаст, В.В. Основы проектирования машин/ В.В. Шелофаст.- М.: Изд-во АПМ. – 472 с.

25.Замрий, А.А. Проектирование и расчет методом конечных элементов трехмерных конструкций в среде APM Structure3D: учеб. пособие / А.А. Замрий - М.: Изд-во АПМ,2004. – 208 с.

26. Замрий, А.А. Проектирование и расчет методом конечных элементов трехмерных конструкций в среде APM Structure3D: учеб. пособие. - М.: Изд-во АПМ, 2006. – 288 с.

27. Шелофаст, В.В. Основы проектирования машин. Примеры решения задач / В.В Шелофаст – М.: Изд-во АПМ. 2004. – 240 с.

28. Васильев,В.В. Расчет корпусов химических аппаратов сложной формы / Васильев В.В. М.: // САПР и Графика. Изд-во «Компьютер пресс». 2006. – с.81-83.

29. Зубаиров,С.Г. Исследование несущей способности крупногабаритных конструкций / С.Г.Зубаиров, В.В.Васильев. - М.: // САПР и Графика. Изд-во «Компьютер пресс». - 2007. - №12. - С.85-88.

30. Васильев, Владимир Расчёт на прочность рекламных конструкций и обеспечение их безопасности с использованием системы APM Civil Engineering./ Владимир Васильев, Фаниль Мустафин, Андрей Алехин. М.: // САПР и Графика. Изд-во «Компьютер пресс». 2015.- №3.- С.86-88.