Опция СТАРТ-МКЭ позволяет уточнить расчетную модель за счет расчета некоторых элементов трубопровода по методу конечных элементов (МКЭ) с использованием оболочечных конечных элементов и программы Штуцер-МКЭ, полностью интегрированной с программой СТАРТ-Проф. Также производится автоматическое вычисление коэффициентов интенсификации напряжений (КИН), коэффициентов гибкости (Кгибк) и допускаемых нагрузок. Использование данной опции позволяет выполнить расчет элементов трубопровода, которые невозможно было бы посчитать из-за ограничений применимости формул нормативных документов. Также позволяет более точно и с меньшим запасом посчитать коэффициенты интенсификации, гибкости и напряжения в штуцерах сосудов и резервуаров, что ведет к более экономичным решениям и снижает стоимость и металлоемкость объектов.
При наличии данной опции также становятся доступны вычисления податливостей и напряжений в штуцерах оборудования по WRC 297/537.
Программа Штуцер-МКЭ должна быть установлена на один компьютер, с программой СТАРТ-Проф. СТАРТ-Проф будет автоматически обращаться к Штуцер-МКЭ по мере необходимости в фоновом режиме.
Формулы для коэффициентов интенсификации напряжений (КИН) и гибкости (Кгибк), приведенные в нормах ГОСТ 32388, ASME B31, ASME B31J и др. применимы только при соблюдении следующих условий:
Вычисление КИН и Кгибк по МКЭ позволяет не только формально обойти эти ограничения, но и получить более точные значения коэффициентов отводов и тройников, к которым формально формулы норм применимы.
Формулы WRC 537 и WRC 297 для расчета податливостей и напряжений в штуцерах сосудов и аппаратов применимы только при соблюдении следующих условий:
Вычисление податливостей, допускаемых нагрузок и напряжений в штуцерах по МКЭ позволяет обойти эти ограничения.
Также, выполнение расчета напряжений в штуцерах по МКЭ от расчетных нагрузок, действующих на штуцер, позволяет подтвердить безопасность согласно ГОСТ 34233.3, даже если нагрузки в несколько раз превышают допускаемые значения, предоставленные производителем или вычисленными по программе Штуцер-МКЭ, т.к. табличные значения всегда занижены более чем в 3 раза для обеспечения возможности одновременного приложения максимальных значений сразу всех направлений нагрузок (сил по X,Y,Z и моментов вокруг X,Y,Z). См. формулы определения табличных значений допускаемых нагрузок при одновременном действии всех шести компонент на рисунке ниже.
Список функций, доступных в текущей версии опции СТАРТ-МКЭ:
Для активации расчета по МКЭ нужно выбрать соответствующую опцию в общих данных:
При выборе "Считать КИН и к-гибкости по норме" коэффициенты интенсификации напряжений и коэффициенты гибкости считаются по формулам из выбранного нормативного документа. При выборе "Использовать МКЭ для КИН и к-гибкости или считать по норме" КИН и Кгибк считаются по МКЭ, там где это доступно и указано пользователем. Для остальных элементов КИН и Кгибк считаются по формулам из выбранного нормативного документа.
В свойствах тройников, отводов и некоторых других элементов появится кнопка "КИН" и опция "Авто пересчет КИН по МКЭ"
При нажатии на кнопку "КИН" откроется диалоговое окно со значениями КИН и Кгибк для данного элемента. Эти значения и будут использоваться при расчете. При необходимости, можно нажать кнопку "Расчет". Будет автоматически вызвана программа, Штуцер-МКЭ, сформирована МКЭ модель и полученные значения КИН и Кгибк переданы обратно в свойства элемента.
Если опция "Авто пересчет КИН по МКЭ" не активирована, то при запуске расчета КИН и Кгибк для данного элемента автоматически пересчитываться не будут, это можно будет сделать только вручную, нажав кнопку "Расчет".
Если опция "Авто пересчет КИН по МКЭ" активирована, то при каждом запуске расчета модели программа будет проверять наличие изменений данного элемента, и в случае наличия таковых выдаст диалоговое окно с тремя опциями:
Для принудительного пересчета всех КИН и коэффициентов гибкости нажмите Расчет > Запустить расчет МКЭ
Расчет по МКЭ для всех типов элементов модели будет выполнен автоматически в многопоточном режиме, при этом будут задействованы все доступный ядра процессора. После завершения расчетов МКЭ будет продолжен расчет модели в СТАРТ-Проф с использованием полученных величин КИН, Кгибк и допускаемых нагрузок.
Для элементов Штуцер и Штуцер резервуара доступна возможность вычисления податливостей по МКЭ и допускаемых нагрузок по МКЭ, которые выполняются до расчета модели. А также доступна проверка напряжений по МКЭ после расчета модели от вычисленных расчетных нагрузок во всех режимах работы. При выборе одной из опций МКЭ, нажав кнопку "..." можно вызвать окно программы "Штуцер-МКЭ", в котором можно задать параметры базового элемента и штуцера.
При нажатии кнопки "Вернуться в СТАРТ-Проф" производится пересчет МКЭ модели и заполнение полей с податливостями и допускаемыми нагрузками.
Если какие-либо данные поменялись (температура, давление, диаметры и т.д.), можно нажать кнопку "Расч МКЭ" для пересчета податливостей и допускаемых нагрузок.
При выборе опции "Напряжения по МКЭ" СТАРТ-Проф выполняет расчет трубопровода и после его завершения передает полученные нагрузки на штуцер в программу Штуцер-МКЭ, которая выполняет вычисление и проверку напряжений согласно ГОСТ 34233.3 (или другому выбранному нормативному документу). Результаты проверки напряжений в штуцере выводятся в таблице Нагрузки на штуцера и оборудование.
Для каждого элемента трубопровода создается отдельный файл расчета Штуцер-МКЭ, а также отчет в html формате и сохраняется в папке для временных файлов, которая указана настройках путей к файлам. При этом имя созданной папки повторяет имя файла расчета.
1. WRC-297 Welding Reserch Council. Bulletin. “Local Stresses in Cylindrical Shells due to External Loadings on Nozzles – Supplement to WRC Bulletin №107”. 1987
2. BS-5500: 1976 Specification for Unfired fusion welded pressure vessels. British Standards Institution