Система АВГОР

Классификация подсистем инженерных расчетов по элементам конструкции и используемым методикам
Информационное обеспечение инженерных расчетов

Система АВГОР (автоклав горизонтальный) автоматизации инженерных расчетов на стадии технического проектирования горизонтальных автоклавов разработана на кафедре математического моделирования и кибернетики Сыктывкарского государственного университета (рук. Е.И. Михайловский) и предназначена для проведения прочностного анализа и синтеза (параметрического и структурного) элементов и конструкций горизонтального автоклава в целом.

Система АВГОР включает в себя расчетную и информационную части. Расчетную часть составляют следующие подсистемы: реакции подавтоклавных опор, фланцевые соединения, днища и крышки, отверстия и штуцерные соединения, корпус, расчет на прочность при малоцикловых нагрузках. Информационная часть помимо данных справочного характера (автоклавы-прототипы, материалы, стандарты и т.д.) содержит архив технических решений, для которого разработаны оригинальные средства совместного формирования, редактирования просмотра текстовой и графической информации (рис. 1).

Реализованные в системе методики, в основном соответствуют действующим ГОСТам, ОСТам и другим нормативным документам [23]. АВГОР ориентирована на пользователя-непрограммиста (инженера-расчетчика, конструктора) и обладает удобным диалоговым интерфейсом.

Целями применения данной системы являются:

Объектом проектирования является горизонтальный автоклав [2] - сосуд давления, предназначенный для ускоренной обработки загружаемых в него материалов (изделий) под давлением и при различных температурных режимах.

В процессе рабочих циклов в различных частях автоклава (нижняя часть корпуса, подопорные области, подрельсовые области, фланцевый край) накапливаются повреждения (коррозионный износ материала, трещины в местах значительных локальных нагрузок, овальность корпуса, усталость материала и т.д.), приводящие к невозможности дальнейшей безопасной эксплуатации этих сосудов давления [22]. С учетом всех таких факторов для каждого автоклава рассчитывается число безопасных рабочих циклов [13].

Очень важную роль при определении этих величин играет адекватный прочностной анализ каждого элемента конструкции, учитывающий, по возможности, наибольшее количество факторов, влияющих на накопление повреждений во всей конструкции и ее элементах [3, 5-21, 24].

Структура системы АВГОР

Структурная схема системы АВГОР, включающая расчетную и информационную (справочную) части показана на рис. 2. Информация о рассчитываемом узле или детали помещается в каталог данных (КД) прототипов, допускающий операции по его актуализации (изменение, дополнение, удаление). Пунктирной линией показана связь по данным между различными компонентами.

Классификация подсистем инженерных расчетов по элементам конструкции и используемым методикам

а) Подсистема расчета и оптимального проектирования системы упругих опор автоклава [10, 12].

Исходные данные: нагрузки от веса автоклава, геометрические параметры автоклава и системы опор, характеристики материала.

Цели расчета:

б) Подсистемы расчета удельных контактных реакций и выбора оптимальной формы профиля седловой опоры [9,11].

Исходные данные: реакция выбранной опоры, длины двух соседних межопорных пролетов, характеристики опор, характеристики материала.

Цели расчета:

в) Подсистема расчета механизма подъема крышки.

Исходные данные: весовые и геометрические параметры механизма подъема, крышки и корпуса, характеристики материала.

Цели расчета: параметры локального напряженно-деформированного состояния (НДС) в корпусе и крышке от действия механизма подъема крышки. Для расчетов используются инженерные формулы и приближенные методики расчета НДС от локальных нагрузок.

г) Подсистема расчета НДС в крышке и днище [13].

Исходные данные: силовые и геометрические характеристики фланца крышки и днища.

Цели расчета: параметры локального НДС в крышке и днище автоклава.

д) Подсистемы расчета фланцевых соединений [13, 23].

Исходные данные: силовые и геометрические характеристики фланцев и корпуса.

Цели расчета: параметры локального НДС во фланцах (тарелка фланца, конический переход, стык с обечайкой, зуб фланца).

Используются методики расчета как по упругим напряжениям, так и при условии пластических деформаций (стандартные и уточненные).

е) Подсистема расчета НДС в корпусе автоклава [4, 13, 14, 16, 18].

Исходные данные: геометрические характеристики корпуса и мест локальных нагрузок, параметры материала, силовые характеристики (давление, вес корпуса и вагонеток, реакции опор), температура.

Цели расчета:

Используются приближенные методики расчета, основанные на расчете НДС от локальных нагрузок, инженерная методика оценки температурных напряжений, методики расчета НДС от внутреннего избыточного давления и на устойчивость под действием внешнего давления или внутреннего вакуума.

ж) Подсистема расчета подкрепленных штуцерных соединений [13]. Исходные данные: геометрические параметры соединений, давление, характеристики материала точка.

Цели расчета:

з) Подсистема расчета на малоцикловую усталость [13].

Исходные данные: силовые и геометрические параметры автоклава, допускаемые напряжения, коэффициенты концентрации, характеристики материалов, значения условных упругих напряжений в наиболее опасных сечениях автоклава при различных режимах работы.

Цели расчета:

Использование каждой из вышеупомянутых подсистем должно завершаться получением итогового документа - паспорта расчетов, содержащего как исходные данные, так и необходимые результаты.

Информационное обеспечение инженерных расчетов

При проведении инженерных расчетов горизонтальных автоклавов конструктору должна быть доступна следующая информация:

1. Автоклавы-прототипы:

2. Используемые стандарты:

3. Данные о материалах:

4. Данные об используемых параметрах НДС, допускаемых напряжениях, коэффициентах концентрации, коэффициентах запаса.

5. Сведения об используемых теориях прочности.

6. Архив технических решений:

Это информационное обеспечение должно пополнятся и изменяться с целью поддержания его в актуальном состоянии.

Методика автоматизированного проектирования

Функциональная схема проектирования горизонтальных автоклавов (в аспекте инженерных расчетов на стадии технического проектирования) приведена на рис. 3. Схема делится на ряд как независимых, так и связанных ветвей проектирования. Целью каждой ветви является получение окончательных геометрических и силовых характеристик проектируемых элементов и узлов конструкции. Проектирование завершается получением окончательных геометрических параметров конструкции, действующих в ней полей условных упругих напряжений и получением допускаемого числа циклов безопасной наработки как по элементам, так и по конструкции автоклава в целом. Основными проектными процедурами по данной части проектирования являются следующие:

1. Процедуры анализа (определение нагрузок, расчетов параметров НДС и допускаемого числа циклов наработки).

2. Процедуры параметрического синтеза (выбора и расчета) геометрических и силовых параметров, обеспечивающих достижение целевой установки (выравнивание реакций опор, равномерное распределение удельных реакций, минимум материала и т. д.) и удовлетворяющих поставленным ограничениям и условиям (ограничения по допускаемым напряжениям, выполнение условий укрепления, ограничения по максимальным и минимальным значениям синтезируемых характеристик и параметров).

3. Процедуры структурного синтеза (выбор типа седловой опоры, типа системы подавтоклавных опор, видов фланца, способа укрепления отверстия или штуцерного соединения).

4. Процедуры документирования (результаты расчетов и выходных документов).

Порядок выполнения комплексов проектных процедур (например, для расчета и оптимизации системы опор) показан на рис. 4.

Литература

1. Автоматизация поискового конструирования/ Под ред. А.И. Половинкина. М.: Радио и связь, 1981. 344 с.

2. Антикайн П.А., Зыков А.К. Эксплуатационная надежность объектов котлонадзора. Справочник. М.: Металлургия, 1985. 328 с.

3. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Шнейдерович Р.М. Расчет на прочность деталей машин. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1966. 616 с.

4. ГОСТ 14249-80. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. М.: Изд-во стандартов, 1987.

5. Григолюк Э.И., Толкачев В.М. Контактные задачи теории пластин и оболочек. М.: Машиностроение, 1980. 411 с.

6. Даревский В.М. Определение перемещений и напряжений в цилиндрической оболочке при локальных нагрузках. - Прочность и динамика авиационных двигателей. М.: Машиностроение, 1964.

7. Доценко В.Д. Исследование на влияние овальности на напряженно-деформированное состояние автоклавов: Дисс. ...канд. техн. наук/ ВНИИСТРОММАШ. Гатчина, 1986. 192 с.

8. Михайловский Е.И. Расчет элементов автоклава (определение напряжений). В сб.: Труды ин-та ВНИИСтроммаш. Гатчина: 1967. Вып.7. С. 53-74

9. Михайловский Е.И. Прямые, обратные и оптимальные задачи для оболочек с подкрепленным краем. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1986. 220 с.

10. Михайловский Е.И., Никитенков В.Л. Аналог теоремы о трех моментах в теории оболочек. - Прикл. механика. 1984. Т. 20. # 7. С. 65-70.

11. Михайловский Е.И., Никитенков В.Л. К расчету и рациональному проектированию опор для тяжелых цилиндрических оболочек. - Прикладные проблемы прочности и пластичности. Алгоритмизация и автоматизация решения задач упругости и пластичности. Горький: Изд-во ГГУ. 1985. С.120-125.

12. Михайловский Е.И., Никитенков В.Л., Тарасов В.Н. Определение реакций упругоподатливых опор одностороннего действия под сосудом давления. - Строит. механика и расчет сооружений. 1986. # 3. С. 54-57.

13. Михайловский Е.И., Никитенков В.Л. АВГОР-1 - система автоматизации инженерных расчетов при проектировании горизонтальных автоклавов: Сыктывкар: Изд-во СГУ, 1992. 282 с.

14. Михайловский Е.И., Торопов А.В. Математические модели теории упругости. Сыктывкар: Изд-во СГУ, 1995. 251 с.

15. Михайловский Е.И., Никитенков В.Л. и др. Многоопорный горизонтальный автоклав. - БИ, 1985. # 30. А.С.N1172587 (СССР) (Авт.: Михайловский Е.И., Никитенков В.Л., Адигамов К.Х., Чернов В.П.).

16. Никитенков В.Л. Деформационный вариант нелинейных уравнений статики ребристых оболочек. - В сб.: Автоклавы: расчет, проектирование, опыт эксплуатации: Матер. 1-го Всесоюзного семинара "Автоматизация инженерных расчетов при проектировании автоклавов". Сыктывкар: Изд-во СГУ, 1992. С.168-197

17. Никитенков В.Л. Автоматизация инженерных расчетов при проектировании автоклавов. - Труды 2-й Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук". М.: "Техносфера-информ", 1994

18. Никитенков В.Л. Нелинейные уравнения для цилиндрической оболочки с эллиптической овальностью поперечного сечения. - Вестник Сыктыв. ун-та. Серия 1. 1995. Вып. 1. С. 178-191.

19. Никитенков В.Л. Параметрический и структурный синтез при проектировании горизонтальных автоклавов: Тез. докл. - Проблемы оптимизации в механике деформируемого твердого тела: Межд. конф. - Новгород: Изд-во Нижегородского ун-та, 1995. С. 36-37.

20. Никитенков В.Л. Вопросы прочности и автоматизации инженерных расчетов горизонтальных автоклавов. - В сб. докл.: Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности металлических конструкций и методы их решения: 1-я межд. конф. к 100-летию со дня рожд. проф. Ю.И. Ягна. Л., 1995. С.162-165.

21. Новожилов В.В., Черных К.Ф., Михайловский Е.И. Линейная теория тонких оболочек. Л.: Политехника, 1991. 656 с.

22. Петров В.М. Опыт проектирования горизонтальных автоклавов на ПО "Волгоцеммаш". - В сб.: Автоклавы: расчет, проектирование, опыт эксплуатации: Матер. Всесоюзн. семинара "Автоматизация инженерных расчетов при проектировании автоклавов". Сыктывкар: Изд-во СГУ, 1992. С.130-132.

23. РД-26-01-87-86. Автоклавы. Метод расчета на прочность. СССР. Издание официальное. Л.: ЛенНИИхиммаш, 1986. 247 с. (Исп.: Михайловский Е.И., Никитенков В.Л., Фрейтаг В.А., Воронов И.Д., Гонтаровский П.П., Доценко В.Д. и др.).

24. Черных К.Ф. Нелинейная теория упругости в машиностроительных расчетах. Л.: Машиностроение, 1986. 336 с.