Analityczne i numeryczne obliczenia stanów naprężeń w walcowych zbiornikach przeprężanych

• Autorzy: Krasiński M. , Trojnacki A.

Warianty tytułu

EN

Analytical and numerical calculation of stress in cylindrical autofrettaged vessels

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Aby poprawić rozkład naprężeń roboczych: w litych) ściankach grubościennych naczyń ciśnieniowych, przeprowadza się często proces przeprężania (autofretaż). W niniejszej pracy na podstawie analitycznego rozwiązania, określono ciśnienie przeprężania zapewniające w obciążonym zbiorniku korzystny rozkład naprężenia zastępczego na grubości ścianki. W podejściu analitycznym założono sprężysto-idealnie plastyczny model materiału płaszcza. Wykorzystano hipotezy wytężeniowe, najczęściej stosowane w obliczeniach inżynierskich. Otrzymane rozkłady naprężeń zastępczych porównano z rozkładami dla podobnych wymiarowo zbiorników litych i wielowarstwowych skurczowych. Ponadto, przeprowadzono numeryczną weryfikację rozwiązania analitycznego z uwzględnieniem rzeczywistych własności materiału i efektu Bauschingera. Przedstawiony przykład obliczeniowy ilustruje korzyści wynikające z przeprowadzenia procesu przeprężania zgodnie z podanymi zaleceniami.

EN

Autofrettage is often used to introduce advantageous residual stresses into thick-walled pressure vessels in order to enhance their pressure bearing capacity. An analytical approach based on the elastic-perfectiy plastic behaviour of the materiał is presented in the paper. The Tresca and von Mises yield criteria are applied to develop a procedurę in which the optimum autofrettage pressure is determined. The obtained equivalent stress distribution is compared with those of the solid virgin wali and of several optimum multi-layer shrink-fit vessels of comparable size. The results of the analytical approach are verified by the FEM modelling making use of the elastic-plastic analysis with the Bauschinger effect implemented. The tensile tests were carried out to determine the real mechanical properties of the materiał of the vessel. The presented example illustrates the advantages of the autofrettage technigue applied to the thick-walled cylinder.

Słowa kluczowe

PL

naczynia wysokociśnieniowe; przeprężanie; rozwiązanie optymalne; weryfikacja numeryczna

EN

high pressure vessel; autofrettage; optimal solution; finite element verification

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT ; Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego
• Czasopismo: Przegląd Mechaniczny
• Rocznik: 2014
• Tom: nr 6
• Strony: 19--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Krasiński M.

• Instytut Konstrukcji Maszyn Politechniki Krakowskiej, Al. Jana Pawia II nr 37, 31-864 Kraków

autor

Trojnacki A.

• Instytut Konstrukcji Maszyn Politechniki Krakowskiej, Al. Jana Pawia II nr 37, 31-864 Kraków

Bibliografia

• 1. Zhao W., Seshadri R., Dubey R. N.: On tłiick-walled cylinder under internal pressure. Trans, of the ASME, J. of Pressure Vessel Technology, Vol. 125, 2003, pp. 267 - 273.
• 2. Huang X. P., Cui W. C: Effect of Bauschinger effect and yield criterion on residual stress distribution of autofrettaged tube. Trans, of the ASME, J. of Pressure Vessel Technology, Vol. 128, 2006, pp. 212 - 216.
• 3. Ayob A., Elbasheer M. K.: Optimum autofrettage pressure in thick cylinders. J. Mekanikal, No. 24, 2007, pp. 1 - 14.
• 4. Majzoobi G. H., Farrahi G. H., Mahmoudi A. H.: A finite element simulation and an experimental study of autofrettage for strain hardened thick-walled cylinders. Mater. Sci. and Eng., Vol. 359, No. 1-2, 2003, pp. 326 - 331.
• 5. Alegre J. M., Bravo P., Preciado M.: Design of an autofrettaged high-pressure vessel, considering the Bauschinger effect. Proc. of the Inst. of Mech. Eng., Part E: J. of Proc. Mech. Eng., Vol. 220, No. 1, 2006, pp. 7 - 16.
• 6. Adibi-AsI R., Livieri P.: Analytical approach in autofrettaged spherical pressure vessels considering the Bauschinger effect. Trans, of the ASME, J. of Pressure Vessel Technology, Vol. 129, 2007, pp. 411 - 419.
• 7. Krasiński M., Stodulski M., Trojnacki A:. Przegląd technicznych możliwości wyrównywania naprężeń w ściankach naczyń ciśnieniowych. Czasopismo Techniczne, Vol. 6-M/2012, No. 11, 2012, pp. 1 - 23.
• 8. Krasiński M., Stodulski M., Trojnacki A.: Stress modification in multi-layer walls of expanded pressure vessels. Key engineering Materials, Vol. 542, 2013, pp. 81 - 95.