Концентрация напряжений в сварных швах вертикальных резервуаров

Аннотация

В статье описывается новая методика анализа и прогнозирования коэффициента концентрации напряжений в сварном шве рулонного вертикального резервуара при гидростатической нагрузке. Вертикальные резервуары широко используются для хранения нефтепродуктов. Использование технологии рулонной сборки целесообразно для быстрого и недорогого монтажа нефтяных резервуаров. Однако применение этой технологии при монтаже резервуаров большой емкости приводит к необходимости использования стали толстого проката. В результате появляются существенные угловатости сварных швов, которыми скрепляются стальные листы в рулоне. Такие угловатости представляют собой концентраторы механических напряжений и могут привести к повреждению резервуара. Поэтому проблема моделирования зависимости факторов концентрации напряжений от геометрических параметров угловатости актуальна и важна для обеспечения как экономической, так и экологической эффективности эксплуатации нефтяных резервуаров, собранных рулонным методом. Подход, описанный в данной статье, основан на сочетании численного эксперимента и аппроксимационного подхода. Коэффициент концентрации напряжений зависит от двух безразмерных параметров вмятины. Таким образом, описан метод аппроксимации двухмерной задачи. Этот метод применяется к данным, собранным путём многочисленных вычислительных экспериментов с использованием конечноэлементного подхода, для построения аппроксимирующей модели коэффициента концентрации напряжений. Такая модель может использоваться для прогнозирования значений напряжений, а также прочности и долговечности резервуара. Изменение свойств материала в сварном шве не принимается во внимание. Таким образом, оцениваемое напряжение выше, чем реальное, и представляет собой мажорантную оценку. Построена аппроксимирующая модель коэффициента концентрации напряжений в области угловатости сварного шва нефтяного резервуара объёмом 3000 м³ сложной конструкции при гидростатическом нагружении. Бак состоит из четырёх поясов, изготовленных из стали различной толщины. Плотность содержимого бака близка к плотности воды. Обнаружено, что концентрация напряжений увеличивается при приближении ко дну резервуара. Поэтому при построении аппроксимирующей модели рассматриваются результаты в наиболее напряженной области.