Calculation of stress-strain state of pressure vessels with defects

Abstract

Сосуды давления широко используются как в промышленности, так и в быту. Механические нагрузки, агрессивные условия эксплуатации могут вызывать появление повреждений на поверхности сосуда. Поскольку большинство сосудов давления изготавливаются из металлов, часто встречающейся причиной повреждений является коррозия. Одним из наиболее опасных видов коррозии является локальная, которая проявляется в виде множественных поверхностных дефектов в виде выемок. Для прогнозирования поведения конструкции, подверженной коррозии, необходимо оценивать напряженно-деформированное состояние в окрестности дефектов. С этой целью в данной работе проведен расчет напряженно-деформированного состояния сферического сосуда внутреннего давления. Внешняя поверхность сосуда ослаблена множественными дефектами, представляющими собой полусферические выемки. Исследование состоит из нескольких подзадач, которые различаются способом расположения дефектов на поверхности сферической оболочки (по всей внешней поверхности, равномерное распределение по экватору, случайное распределение по экватору), а также рассматриваемой моделью поведения материала сосуда: линейно-упругой или упругопластической. Исследование реализуется с помощью пакета конечно-элементного анализа ANSYS.

Pressure vessels are widely used both in industry and in everyday life. Loading and aggressive operating conditions often cause damage to the surface of the vessel. Since most pressure vessels are made of metals, corrosion is a common cause of the damage. One of the most dangerous types of corrosion is local, which manifests itself in the form of multiple notches. To predict the behavior of a corroded structure, it is necessary to assess the stress-strain state in the vicinity of defects. For this purpose, in this study, the stress-strain state of a spherical vessel of internal pressure is calculated. The outer surface of the vessel is weakened by multiple defects in the form of hemispherical notches. The study consists of several subtasks, which differ in the way the defects are located on the surface of the spherical shell (over the entire outer surface, uniform distribution along the equator, random distribution along the equator), as well as in the considered model of the behavior of the vessel material: linear elastic model or model with bilinear plasticity. The study is carried out using the ANSYS finite element analysis package.