Исследование фуллеренов

Цель расчета: оценка прочности колонного аппарата под действием внешнего взрыва с учетом наличия трещины.

 

Задача

На расстоянии r=200 м от дебутанизатора происходит надземный взрыв. Тротиловый эквивалент взрыва (W) - 1600 кг. В сварном шве основания колонны обнаружена трещина размером L=14 мм. Необходимо определить, является ли такая трещина критической с точки зрения безопасности дальнейшей эксплуатации.

Дебутанизатор изготовлен из стали марки 16ГС. Внутренний диаметр (Dв) 1300 мм; толщина стенки аппарата (S) - 8 мм; прибавка к толщине стенки с=2,5 мм; высота (Н) 26780 мм; масса колонны в рабочем состоянии (m) 15800 кг; момент инерции колонны J=0,013 м4. Расчетное давление в аппарате Р=600 кПа. Допускаемое напряжение [σ]200 = 148 МПа; модуль продольной упругости Е=198,2 ГПа. За расчетное сечение принято сечение на высоте у3-3=2 м. Расчетная схема колонного аппарата приведена на рисунке 1. Изгибающий момент от ветровой нагрузки в расчетном сечении равен: кН·м. Вес участков колонны, расположенных выше трещины, кг.

Показатель адиабаты принять равным k=1,3; критический коэффициент интенсивности напряжений КIс=13 МПа · м1/2.

Рисунок 1 – Расчетная схема колонного аппарата

 

Решение:

Предполагаем, что трещина возникает в сварном шве приварки корпуса аппарата к опоре.

В расчете приняты следующие значения некоторых величин: начальное давление р0 =100 кПа; скорость звука для воздушных взрывов с = 333 м/с; для воздушных взрывов начальная плотность газа = 1,293 кг/м3; аэродинамический коэффициент .

Расчет на прочность и устойчивость будем вести от совместного действия на аппарат ветровой и ударной нагрузок, которые принимаем равномерно распределенными по высоте колонны.

Рассчитаем параметры ударной волны (импульс и давление на фронте) по следующим формулам:

 

;

;

	Па;
	.

 

Давление, действующее на сооружение в момент установления режима обтекания по формуле:

 

;

Па.

 

Плотность течения на фронте ударной волны по формуле:

 

;

кг/м3.

 

Скорость движения фронта ударной волны по формуле:

 

;

м/с.

 

Скорость течения на фронте ударной волны по формуле:

 

;

м/с.

 

Динамический напор ударной волны по формуле:

 

;

Па.

 

 

 

 

Нагрузка, действующая на аппарат при обтекании его ударной волной по формуле:

 

;

Н/м.

 

Коэффициент динамического усиления по формуле:

 

;

.

 

Ударная нагрузка, рассчитанная по формуле составит:

 

;

 

Н.

 

Изгибающий момент от действия ударной нагрузки в расчетных сечениях соответственно по:

 

;

Н · м;

 

 

 

Суммарный изгибающий момент от совместного действия ветровой и ударной нагрузки в расчетном сечении 3–3 соответственно:

 

кН · м;

 

Определим меридиональные напряжения, возникающие в колонном аппарате в месте обнаружения трещины со стороны взрыва ( ) и со стороны противоположной взрыву ( ) соответственно:

 

,

,

=111,09 МПа;

=/-50,01/ МПа.

 

Окружные напряжения (только от внутреннего давления в аппарате):

 

   ;

МПа.

 

 

 

 

 

Эквивалентные напряжения, возникающие в аппарате от совместного действия ветровой и ударной нагрузок, определяются по формулам:

 

  ,

   ,

	МПа;
	МПа.

 

Напряжения от максимальной нагрузки на аппарат от действия внешнего взрыва определяются по формуле (33):

 

;

МПа;

 

Условие прочности и устойчивости корпуса аппарата выполняется, если максимальная нагрузка на аппарат не превышает допускаемого напряжения:

 

111,09 МПа < 148 МПа.

 

Критические размеры трещины определяются по формулам:

- критическая  длина трещины:

 

  

 

 

 

 

-критическая  глубина:

 

 

Очевидно, что имеющаяся трещина (L = 8 мм) превышает по размерам критическую, следовательно, такая трещина небезопасна в случае внешнего взрыва.