Штуцер-МКЭ 3.5. Руководство пользователя

5.4. Расчетная длина штуцера

Программный комплекс Штуцер-МКЭ предоставляет два способа задания расчетной длины штуцера - "на краю патрубка" и "в месте врезки".

С версии 2.16 каждый из этих способов соответствует определенной расчетной схеме. Выбор того или иного флага действует на все категории расчетов: на прочность, допускаемых нагрузок, жесткостей и коэффициентов интенсификации напряжений.

На краю патрубка – типичный вариант, когда штуцер и подводящие трубопроводы соединены фланцем (рис. 5.23). При этом расчетная схема, включающая подводящие трубопроводы, заканчивается на фланцевом соединении, а расчетные нагрузки на штуцер получены в этой точке.

Длина штуцера $L_1$ задается пользователем и должна быть не меньше величины, необходимой для создания корректной конечно-элементной модели:

где $\Delta_n$ - катет сварного шва на поверхности штуцера; $s_1$ - толщина штуцера; $s$ - толщина несущего элемента в районе врезки.

Рис. 5.23. Расчетная схема "на краю патрубка"

В месте врезки – вариант, когда подводящий трубопровод заканчивается в месте врезки в обечайку (рис. 5.24). При этом расчетная схема, включающая подводящие трубопроводы, как правило, заканчивается на внешней поверхности обечайки, а расчетные нагрузки на штуцер получены в этой точке. "Фиктивная" длина штуцера, начиная с версии 2.16, $L_1$ определяется из условия достаточной гибкости:

где $d$ и $d_{cp}$ - внутренний и средний диаметры штуцера, соответственно; $s_1$ - толщина штуцера.

Рис. 5.24. Расчетная схема "в месте врезки"

Данная длина позволяет учитывать овализацию сечения в районе врезки, что соответствует "гибкому" соединению трубопровода с обечайкой [11]. В версиях до 2.16, в случае выбора "в месте врезки" длина принималась минимально возможной, что приводило к более жесткой врезке трубопровода в обечайку и некорректному определению напряжений в районе врезки, так как могли проявиться краевые эффекты от места приложения нагрузки на штуцер (рис. 5.25).

а)	б)	в)
Рис. 5.25. Распределение суммарных эквивалентных напряжений на внешней поверхности:
а) $L_1=30мм$ - четко выраженный краевой эффект приложения нагрузки;
б) $L_1=50мм$ - маленькая длина штуцера, попадает в зону краевого эффекта приложения нагрузки;
в) при длине штуцера, полученной по формуле (5.11).

На рис. 5.26 приведен график изменения допускаемой осевой силы $F_y$ в зависимости от длины штуцера $L_1$, на котором видно что в районе врезки на расстоянии меньшем 100мм проявляются краевые эффекты от места приложения нагрузки. Результаты расчета представлены для косой врезки штуцера с внутренним диаметром 203мм и толщиной 6мм в цилиндрическую обечайку с внутренним диаметром 2000мм и толщиной 12мм (рис. 5.26б).

а)	б)
Рис. 5.26. График изменения осевой допускаемой силы $F_y$ в зависимости от длины штуцера $L_1$ (а) для косой врезки в цилиндрическую обечайку (б).

В расчете на прочность нагрузки, заданные пользователем в месте врезки, автоматически приводятся к статически эквивалентным нагрузкам в сечении с длиной $L_1 = L_{min}$ (рис. 5.27).

	$$\begin{array}{l} F_{xc} = F_{xi} , \\ F_{yc} = F_{yi} , \\ F_{zc} = F_{zi} , \\ M_{xc} = M_{xi} - F_{zi}L_1 , \\ M_{yc} = M_{yi} , \\ M_{zc} = M_{zi} + F_{xi}L_1 . \end{array}$$
Рис. 5.27. Пересчет нагрузок на штуцер в расчетной схеме "в месте врезки".