Введение к работе
Актуальность работы. Обеспечение надежности трубопроводных систем необходимо для эффективного и безопасного функционирования технологического оборудования; особенно важно, что технологические трубопроводы являются транспортерами взрыво- и пожароопасных сред, эксплуатация которых создает угрозу безопасному функционированию предприятия.
Известно, что вынужденные колебания оказывают отрицательное воздействие на надежность оборудования. В данной работе посредством экспериментальных моделей рассматриваются варианты преждевременного разрушения, причиной которых являются вынужденные колебания.
Вынужденные колебания возникают вследствие пульсации потока рабочей среды, вибрации сопряженного насосно-компрессорного оборудования. Гидродинамические силы интенсифицируются на участках с резким изменением геометрии канала в отводах, тройниках, арматуре и др. Кроме того, при совпадении частоты вынужденных колебаний с собственной частотой колебаний трубопровода возникает условие резонанса газодинамического (гидродинамического) происхождения, в результате амплитуда колебаний значительно возрастает. При анализе надежности работы трубопроводов необходимо учитывать помимо напряжений, вызванных давлением и температурой, напряжение, вызванное вынужденными колебаниями. При этом обеспечение надежной эксплуатации трубопроводных систем не может ограничиваться только оценкой общего критерия динамической устойчивости механических систем. Даже при соблюдении условий динамической устойчивости амплитуда собственных колебаний трубопровода, а следовательно, и напряженно-деформированное состояние может быть различно и достигать значений, близких к предельным. В связи с этим, для точной оценки ресурса трубопроводной обвязки нагнетательных машин необходимо изучить процесс разрушения металла, подверженного одновременному воздействию статических нагрузок и вынужденных колебаний, установить закономерности влияния на этот процесс резонансных частот.
Цель диссертационной работы. Разработка метода оценки ресурса прочности трубопроводных систем, обвязывающих насосно-компрессорное оборудование, с учетом воздействия вынужденных колебаний на резонансной частоте, циклического изменения внутреннего давления и осевой сжимающей силы.
Основные задачи исследований
Определение влияния напряженно деформированного состояния на частоту собственных колебаний металлического образца, деформируемого по схеме трехточечного изгиба.
Определение степени влияния вынужденных колебаний на продолжительность сопротивления циклическим нагрузкам металлического образца, деформируемого по схеме трехточечного изгиба в упруго-пластической области.
Определение степени влияния вынужденных колебаний на устойчивость формы цилиндрической оболочки при межосевом сжатии.
Научная новизна
Экспериментально установлено снижение усталостной долговечности в 1,6 раза на примере образцов из стали 20, подверженных циклическому нагружению в упруго-пластической области по схеме трехточечного изгиба и одновременному наложению вынужденных колебаний, на резонансной частоте образца.
Получена полиэкстремальная зависимость критической осевой сжимающей силы цилиндрических оболочек от приложенных вынужденных колебаний в области резонансной частоты, при этом в точке минимума установлено снижение критической нагрузки в 1,4 раза.
Практическая значимость работы
Установленное влияние вынужденных колебаний на усталостную долговечность плоских стальных образцов и устойчивость цилиндрических оболочек используется в учебном процессе на кафедре «Машины и аппараты химических производств» Уфимского государственного нефтяного технического университета при изучении дисциплины «Разрушение конструкционных материалов в условиях переработки нефти и газа» для подготовки магистра по направлению 150400 -Технологические машины и оборудование.
5 Апробация результатов работы
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно- технических конференциях.
Вторая Всероссийская научная ИНТЕРНЕТ-конференция «Интеграция науки и высшего образования в области био- и органической химии и механики многофазных систем».
55-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ.
Республиканская научно-техническая конференция. Проблемы машиноведения, процессов управления и критических технологий.
Инновационная деятельность предприятий по исследованию, обработке и получению конструкционных материалов и сплавов.
Публикации
Основное содержание диссертации опубликовано в 14 научных трудах, из них 2 статьи опубликованы в рецензируемых изданиях, рекомендуемых ВАК Минобразования РФ.
