Stress wave method in dynamic resistance analysis of an explosion-proof valve

• Autorzy: Pieńko B. , Szcześniak Z.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0012.8497

Warianty tytułu

PL

Metoda fal naprężeń w analizie odporności dynamicznej zaworu przeciwwybuchowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the concept of a novel stress wave method (SWM) for determining the dynamic reaction of structural elements of an explosion-proof valve. The stress wave method is an original solution to the issue of the dynamic reaction of structural elements and systems. It is particularly recommended in the case of intensive percussive or explosive impacts. The method was developed by the author of works [14, 15]. It reflects the wave nature of stress development. The paper presents the origin, assumptions and the basic dependencies of the method. The characteristics of the method are illustrated by means of solutions to issues closely related to the requirements for testing the resistance of shelter explosion-proof valves. The description also includes a comparison of the calculation results with the results obtained by the finite element method (FEM) and the results of experimental tests. The possibility of significant differences between the compared solutions has been shown. It should be noted that geometric attenuation, reflections and interference of waves are natural for the dynamic reaction of an element and therefore for wave processes. These phenomena can significantly affect the distribution of the parameters of the sought dynamic reaction in space and time. The proposed method of analysis is distinguished by high accuracy of calculations.

PL

W artykule przedstawiono koncepcję metody wyznaczania reakcji dynamicznej elementów konstrukcyjnych zaworu przeciwwybuchowego. Zaproponowano metodę fal naprężeń (MFN). Metoda fal naprężeń stanowi oryginalną propozycję rozwiązania zagadnienia reakcji dynamicznej elementów i ustrojów konstrukcyjnych. Jest szczególnie wskazana w przypadkach występowania intensywnych oddziaływań typu udarowego lub wybuchowego. Metoda została opracowana przez autora prac [14, 15]. Umożliwia odzwierciedlenie falowej natury ewolucji naprężeń. W artykule przedstawiono genezę, sformułowano założenia i podstawowe zależności metody. Charakterystykę właściwości omawianej metody zilustrowano rozwiązaniami zagadnień związanych ściśle z wymaganiami w zakresie badań odporności schronowych zaworów przeciwwybuchowych. W ramach charakterystyki wykonano również porównanie wyników obliczeń z wynikami otrzymanymi za pomocą MES a także z wynikami badań doświadczalnych. Wykazano możliwość występowania istotnych różnic pomiędzy porównywanymi rozwiązaniami. Warto podkreślić, że naturalne dla dynamicznej reakcji elementu a więc dla procesów falowych jest tłumienie geometryczne, odbicia i interferencje fal. Zjawiska te mogą istotnie wpłynąć na dystrybucję w przestrzeni i w czasie parametrów poszukiwanej reakcji dynamicznej. Zaproponowana metoda analizy wyróżnia się wysoką dokładnością obliczeń.

Słowa kluczowe

EN

stress waves; structural element vibrations; discrete models; differential solution; explosion-proof valve

PL

fale naprężeń; drgania elementu konstrukcyjnego; modele dyskretne; rozwiązanie różnicowe; zawór przeciwwybuchowy

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 67, nr 4
• Strony: 95--112
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., fot., rys., wykr.

Twórcy

autor

Pieńko B.

• Military University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Geodesy, 2 Gen. W. Urbanowicza Str., 00-908 Warsaw, Poland

autor

Szcześniak Z.

• Military University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Geodesy, 2 Gen. W. Urbanowicza Str., 00-908 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Bąk G., Szcześniak Z., Metoda modelowania dyskretnego jednowymiarowych procesów falowych w sprężystych warstwowych prętach niepryzmatycznych. Engng. Trans. 35, 2, PAS, IFTR, Warsaw, 1987, s. 309-325.
• [2] Bąk G., Bezpośrednia metoda różnicowa w dynamice konstrukcji sprężystych, Mechanika i komputer, T. 5, Wydawnictwo PAN IPPT, Warszawa 1983, s. 159-175.
• [3] Bąk G., Stolarski A., Analiza nieliniowa prętowych ustrojów żelbetowych obciążonych impulsowo, Studia z zakresu inżynierii, PAN KILiW, Warszawa, 1990.
• [4] Bąk G., Metoda kinematyczna w zagadnieniach dynamiki konstrukcji sprężysto-plastycznych, Dodatek do Biuletynu WAT , 7, 347, 1981.
• [5] Campbel J. D., The dynamic yielding of mild steel, Acta Metallurgica, 1, 1953, s. 706-710.
• [6] Kaliski S., Rymarz C., Sobczyk K., Włodarczyk E., Vibrations and waves, Part B: Waves, ed. S. Kaliski with L. Solarz, vol. 308 Studies in applied mechanics. Elsevier, 1992.
• [7] Krzewiński R., Dynamika Wybuchu, Część 1, Metody określania obciążeń, WAT, Warszawa 1982.
• [8] Krauthammer T., Modern protective structures, CRC Press, Taylor & Francis Group, University of Florida, 2008.
• [9] Nowacki W.K., Stress waves in nonelastic solids, Pergamon Press, Oxford, 1978.
• [10] Stolarski A., Dynamic Strength Criterion for Concrete, Journal of Engineering Mechanics, ASCE, December 2004, p. 1428-1435.
• [11] Szcześniak Z., Mierczyk Z., Zygmunt M., Wasilczuk J., Wrzesień S., Bąk G., Frant M. i in., Schronowy zawór przeciwwybuchowy typu automatycznego nowej generacji, [w:] Ochrona przed skutkami nadzwyczajnych zagrożeń, [red:] Z. Mierczyk, R. Ostrowski, t. 2, WAT, Warszawa, 2011, s. 699-766.
• [12] Szcześniak Z., Pieńko B., Metoda analizy dynamicznej podstawowych elementów konstrukcyjnych schronowych zaworów przeciwwybuchowych, [w:] Ochrona przed skutkami nadzwyczajnych zagrożeń, [red:] Z. Mierczyk, R.Ostrowski, t. 1, WAT , Warszawa, 2010, s. 409-421.
• [13] Szcześniak Z., Wrzesień S, Piotrowski W., Pieńko B., Sprawozdanie końcowe z realizacji pracy badawczej PBR 219/2007 pt. „Automatyczny zawór przeciwwybuchowy nowej generacji”, Warszawa 17.07.2010.
• [14] Szcześniak Z., Spatial discrete structure model for simulation of wave propagation in solids, Volume of Abstracts 33rd Solid Mechanics Conference, Polish Academy of Sciences, Warsaw-Zakopane, 2000, s. 381.
• [15] Szcześniak Z., Modelowanie zachowania dynamicznego konstrukcji podziemnych w warunkach działania powietrznej fali uderzeniowej, Wydawnictwo WAT, Warszawa 1999.
• [16] Alvarez R., Molina J., Nowacki W. K., Alarcone E., Los metodos de las caracteristicas y elementos finitos en propagation des ondas, Ingenieria Mecanica, 2, Madrid, 1985.
• [17] Courant R., Friedrichs K., Lewy H., Uber die partiellen differenzengleichungen der mathematischen Physik, Math. Ann. 100, 32, 1928, pp.32-74.
• [18] http://fgg-web.fgg.uni-lj.si/~/pmoze/esdep/master/wg02/l0310.htm, Lecture 2.3.1: Introduction to the Engineering Properties of Steels (data dostępu 07.12.2018).

Uwagi

1. Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).

2. Work financed as part of the statutory activity of the Military University of Technology and the PBR 219/2007 grant.