On stability problems of pressure vessel ellipsoidal heads.

• Autorzy: Magnucki Krzysztof , Szyc Wacław

Warianty tytułu

PL

O problemach stateczności elipsoidalnych den zbiorników ciśnieniowych.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The subject of the analysis are ellipsoidal heads of cylindrical tanks. The stability of these heads under external or internal pressure is investigated. Moreover, in both loadcases, linear and non-linear stability analysis of heads is realized, The calculations have been executed by means of finite element method, using the COSMOS/M system. The results have been compared with existing analytical solutions of ellipsoidal shells specified in literature. New formulae determining values of critical pressure are proposed.

PL

W pracy rozwiązano numerycznie problem stateczności den elipsoidalnych cienkościennych zbiorników ciśnieniowych obciążonych ciśnieniem zewnętrznym i wewnętrznym. Teoretyczny opis stateczności powłok walcowych i elipsoidalnych znany jest z literatury. Brak jest natomiast opisów konstrukcji złożonych np. zbiornika, który składa się z powłoki walcowej i dwóch powłok elipsoidalnych. Rozwiązanie stateczności konstrukcji złożonej zrealizowano za pomocą metody elementów skończonych w opisie liniowym oraz nieliniowym z uwzględnieniem skończonych przemieszczeń i liniowego wzmocnienia materiału. Wyniki obliczeń porównano ze znanymi z literatury wzorami. Zaproponowano pewne poprawki w tych wzorach, dzięki ktorym otrzymano nowe wyrażenia dla ciśnień krytycznych. W przypadku ciśnienia zewnętrznego, gdy utrata stateczności dna występuje w zakresie odkształceń spężystych, rozwiązania analityczne Mushtariego i Galimova uogólniono dla potrzeb praktycznych, poprzez małą zmianę wykładnika potęgi. W przypadku obciążenia ciśnieniem wewnętrznym dla den o małej wyniosłości toroidalno-kulistych lub elipsoidalnych utrata skuteczności występuje w zakresie odkształceń plastycznych. Z uwagi na brak rozwiązań teoretycznych do analizy przyjęto wzór Galletly'ego, który jest sformułowany na podstawie wyników badań doświadczalnych dla den toroidalno-kulistych. Przeprowadzono analizę parametrów geometrycznych znormalizowanych den toroidalno-kulistych i elipsoidalnych. Następnie zaproponowano dla potrzeb praktycznych wyrażenie określające ciśnienie krytyczne dla den elipsoidalnych obciążonych ciśnieniem wewnętrznym. Wyniki nieliniowej analizy stateczności den elipsoidalnych potwierdzają słuszność zaproponowanych wyrażeń do ciśnień krytycznych.

Słowa kluczowe

EN

stability; pressure vessel; ellipsoidal head; thin shells

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 1999
• Tom: Vol. XLVI, nr 1
• Strony: 43--55

Twórcy

autor

Magnucki Krzysztof

• Pedagogical University of Zielona Góra, Poland, Institute of Technology

autor

Szyc Wacław

• Poznań University of Technology, Poland

Bibliografia

• [1] Amiro I.J., Grachev O.A.: Stability of spherical reinforced shells, (in Russian) Prikladnaja Mechanika, 1986, Vol. 22, No 11, pp. 3-17.
• [2] Błachut J., Ramachandra L.S.: Shakedown and plastic loads for internally pressurised vessel end closures. Proc. Int. Conference on Carrying Capacity of Steel Shell Structures. Czech Republic. Brno, 1997, pp. 130-137.
• [3] Błachut J., Galletly G.D., Moreton D.N.: Buckling of near-perfect steel torispherical and hemispherical shells subjected to external pressure. AIAA Journal, 1990, Vol. 28, No 11, pp. 1971-1975.
• [4] Błachut J., Galletly G.D.: Externally-pressurised torispheres - plastic buckling and collapse. In: Elishakoff I.; Arbocz J.; Babcock C.D.; Libai A. (ed.) Buckling of Structures. Theory and Experiments. Amsterdam: Elsevier Science Publishers 1988, pp. 29-45.
• [5] Brush D.O., Almroth B.O.: Buckling of bars, plates, and shells. New York; McGraw-Hill Book Company, 1975.
• [6] Bushnell D.: Computerized buckling analysis of shells. Dordrecht: Martinus Nijhoff Publishers, 1985.
• [7] Galletly G.D., Błachut J., Moreton D.N.: Internally pressurized machined domed ends - a comparison of the plastic buckling predictions of the deformation and flow theories. Proc. Instn. Mech. Engrs., 1990, Vol. 204, pp. 169-186.
• [8] Galletly G.D.: Design equations for preventing buckling in fabricated torispherical shells subjected to internal pressure. Proc. Instn. Mech. Engrs., 1986, Vol. 200, pp. 127-139.
• [9] Galletly G.D.: Torispherical shells. In Narayanan R. (ed.) Shell Structures. Stability and Strength, London/ New York: Elsevier Applied Science Publishers, 1985, pp. 281-310.
• [10] Galletly G.D.: Plastic buckling of torispherical and ellipsoidal shells subjected to internal pressure. Proc. Instn. Mech. Engrs., 1981, Vol. 195, pp. 329-345.
• [11] Magnucki K., Monczak T.: Determination minimal wall thickness of circular cylindrical tank with ellipsoidal heads. The Archive of Mechanical Engineering, 1998, Vol, XLV, 2, pp. 73-85.
• [12] Magnucki K., Szyc W.: Stability of a cylindrical shell closed by ellipsoidal heads under external pressure (in Polish). Proc. VIII Symposium of Structure Stability. Poland, Zakopane, 1997, pp. 169-174.
• [13] Magnucki K., Szyc W.: Buckling of ellipsoidal head of circular cylindrical tank, (in Polish) Proc. Thin-Walled Vessels, Karłów, 1998, pp. 53-56.
• [14] Magnucki K.; Wegner T.; Szyc W.: On buckling of ellipsoidal cups under internal pressure. Ingenieur -Archiv, 1988, No 58, pp. 339-342.
• [15] Muc A.: Analysis of stability and deformations of composite pressure vessels domed heads, (in Polish) Monografia 135. Kraków: Wyd. Politechniki Krakowskiej 1992.
• [16] Mushtari H.M., Galimov K.Z.; Nonlinear theory of elastic shells, (in Russian) Kazan: Tatknigoizdat 1957.
• [17] Owen D.R.J, Hinton E.; Finite elements in plasticity: Theory and practice. Swansea: Pineridge Press Ltd 1980.
• [18] Ross C.T.F.: Vibration and elastic instability of thin-walled domes under uniform external pressure. Thin-Walled Structures, 1996, Vol.26, No 3, pp. 159-177.
• [19] Ross, C.T.F.: Pressure Vessels under External Pressure. London: Chapman & Hall 1990.
• [20] Sorić J., Zahlten W.: Elastic-plastic analysis of internally pressurized torispherical shells. Thin-Walled Structures, 1995, No 22, pp. 217-239.
• [21] Spence J., Tooth A.S. (ed.): Pressure vessel design - concepts and principles. London: Chapman & Hall 1994.
• [22] Tovstik P.E.: Stability of shells of revolution with linear approximation. In Alekseev S.A.; Novozhilov V.V.; Umanski A.A. (ed.) Calculation of spatial structures, XIII (in Russian). Moscow: Izdatielstvo Literatury po Stroitelstvu 1970, pp. 118-138.