Системы инженерного анализа Femap 10.1.

Глава 3.

Методическое пособие по расчету сварных соединений в CAE-системе Femap

Расчет напряженно-деформированного состояния типового

Сварного соединения в упругой стадии работы с помощью

системы инженерного анализа Femap 10.1.

Постановка задачи:

Выполнить расчет типового сварного соединения применяемого в конструкции кожухотрубчатого теплообменника.

Возьмем один из наиболее часто применяемых типоразмеров сварных соединений: d – 100´5 мм, t – 65 мм, b – 1 мм, где d – внутренний диаметр трубки, h – толщина трубки, t – шаг отверстий на трубной решетке, b – зазор между трубкой и трубной решеткой.

Длина трубки выбрана таким образом, чтобы на напряжения в сварном шве не влияли краевые эффекты от приложения силы к концу трубы. Конструктивная схема с указанием всех размеров представлена на Рис. 1.

Конструкционный материал - Сталь Х18Н10Т. Механические характеристики материала: модуль упругости E = 2*10⁵ МПа, модуль сдвига G = 0,77*10⁵ МПа, коэффициент Пуассона = 0,3, предел текучести = 250 МПа, предел прочности = 450 МПа.

Конструкция нагружена внутренним давлением q = 10 МПа. При воздействии внутреннего давления на незакрепленную трубку возникает еще одна нагрузка - осевое усилие. Для каждого значения давления вычисляется соответствующее значение осевого усилия по формуле:

В данном случае Р = 4906, 3 Н 78500

Расчетная схема сварного соединения представлена на Рис.2.

Для исследования напряженно-деформированного состояния достаточно, используя осевую симметрию конструкции, рассмотреть 1/360 часть сварного соединения.

В рассматриваемой задаче используем основные единицы измерения: размеры – в миллиметрах (мм), усилия – в ньютонах (Н), давление и напряжения – в МПа (Н/мм²). Обратите внимание на то, что MSC/NASTRAN предполагает использование согласованной системы единиц измерения. Поэтому необходимо следить за тем, чтобы при решении задачи не происходило смешение единиц измерения (например, использование миллиметров и сантиметров в одной задачи недопустимо).

Рис.1. Конструктивная схема с указанием всех размеров