iPotrubí.cz

iPříručka:

Dynamická zatížení a dynamický pevnostní výpočet potrubí

Obsah:

1. Základní poznatky z dynamiky.. 8

1.1. Použité veličiny a jednotky. 8

1.2. Základní vztahy pro přímočaré kmitání 8

1.3. Vlastní kmitání hmotného bodu. 10

1.4. Kmitání hmotného bodu s harmonickým buzením.. 12

2. Dynamická zatížení a mezní stavy způsobené dynamikou.. 16

2.1. Použité veličiny a jednotky. 16

2.2. Rozdělení dynamických zatížení 16

2.3. Společné vlastnosti dynamických zatížení 17

2.4. Kombinace statických a dynamických zatížení 17

2.5. Mezní stavy potrubí – rozdělení a uspořádání 17

2.5.1. Seznam a uspořádání mezních stavů potrubí 17

2.5.2. Dynamické mezní stavy únosnosti 18

2.5.3. Dynamické mezní stavy použitelnosti 18

2.5.4. Mezní stav kmitání – detailně. 18

2.5.5. Vysokocyklová únava. 19

3. Metody řešení dynamických zatížení. 21

3.1. Použité veličiny a jednotky. 21

3.2. Kvazistatická řešení dynamických zatížení 22

3.2.1. Zjištění kvazistatické síly. 22

3.2.2. Dynamický součinitel zatížení (DLF) 22

3.3. Modální analýza potrubí 23

3.3.1. Modální analýza soustavy hmotných bodů. 23

3.3.2. Výpočet modů. 24

3.3.3. Tlumení kmitání potrubí 24

3.3.4. Tlumení třením v kluzných podpěrách. 25

3.3.5. Určení maximální velikosti počítané vlastní frekvence. 26

3.3.6. Vzorce pro výpočet matice tuhostí potrubí 27

3.4. Harmonická analýza. 28

3.4.1. Harmonická analýza kmitání hmotného bodu. 28

3.4.2. Harmonická analýza kmitání soustavy hmotných bodů a jejich transformace pro výpočet na počítači 29

3.5. Spektrální analýza. 30

3.5.1. Všeobecné přiblížení spektrální anylýzy. 30

3.5.2. Dynamická odezva konstrukce. 30

3.5.3. Teoretické základy spektrální analýzy. 31

3.5.4. Určení maximální velikosti a počtu počítaných vlastních frekvencí a korekce nezapočítaných vlastních frekvencí 32

3.5.4.1.  Určení maximální velikosti počítaných vlastních frekvencí 32

3.5.4.2. Určení maximálního počtu počítaných vlastních frekvencí 32

3.5.4.3. Metody statické korekce. 33

3.5.5. Pravidla pro kombinace odezev modů (Modal Combination Methods ) 34

3.5.5.1. Důvody kombinace odezev jednotlivých modů. 34

3.5.5.2. Seskupovací metoda (Grouping Method) 35

3.5.5.3. Desetiprocentní metoda (Ten Percent Method) 35

3.5.5.4. Metoda součtu absolutních hodnot (Absolute Method) 36

3.5.5.5. Metoda „Druhá odmocnina součtu čtverců“ (Square Root of the Sum of the Squares (SRSS)) 36

3.5.5.6. Metoda „Dvojitý  SRSS“ (Double Sum Method (DSRSS)) 37

3.5.5.7. Úplná kvadratická kombinace (Complete quadratic combination (CQC)) 37

3.5.5.8. Kombinace dynamických a pseudodynamických modálních odezev. 38

3.5.6. Kombinace dynamických zatížení 38

3.5.6.1. Kombinace dynamických zatížení v jednom směru. 38

3.5.6.2. Kombinace prostorových složek dynamického zatížení (Spatial Combination Method. 38

3.5.7. Která kombinace se má vypočítat dřív?  (Spatial or Modal Combination First) 39

3.6. Časová posloupnost působení zatížení (Time History) 39

4. Zatížení potrubí dynamikou tekutin.. 41

4.1. Použité veličiny a jednotky. 41

4.2. Základy mechaniky tekutin pro potrubí 42

4.2.1. Základní vztahy a zákonitosti 42

4.2.2.  Přeměna energie od proudění na tlakovou energii v potrubí 43

4.2.3. Reakce od proudění tekutiny v redukci a rozšíření 44

4.2.4. Reakce od proudění tekutiny v ohybu. 45

4.2.5. Síly od proudění tekutiny v reálném potrubí 46

4.2.6. Volný ustálený výtok z potrubí 47

4.3. Rázy v potrubí se vztahem k proudění tekutiny. 47

4.3.1. Hydraulický ráz. 47

4.3.1.1.  Odvožení Žukovského rovnice pro přímý hydraulický ráz. 47

4.3.1.2. Hydraulický ráz, základní poznatky z hydrodynamiky. 48

4.3.1.3. Výpočet síly způsobené hydraulickým rázem.. 50

4.3.1.4. Výpočet doby působení síly. 51

4.3.1.5. Hydraulický ráz podle výsledků měření 51

4.3.2. Odpouštění bezpečnostní armatury. 52

4.3.2.1. Výpočet a místo působení síly způsobené odpouštěním bezpečnostní armatury. 53

4.3.2.2. Výpočet doby působení síly. 53

4.3.3. Průtok vícefázové tekutiny (tj. směsi kapaliny a plynu) 54

4.3.4. Parní rázy. 55

4.4. Kmitání potrubí se vztahem k proudění tekutiny. 55

4.4.1. Kmitání vyvolané prouděním tekutiny. 55

4.4.2. Kmitání vyvolané pulzováním tekutiny způsobené pístovým čerpadlem či kompresorem.. 56

4.4.3. Kmitání vznikající za ventilem.. 57

4.5. Kmitání a rázy na potrubí z jiných dynamických příčin. 58

4.5.1. Kmitání vyvolané rotačními stroji 58

4.5.2. Kmitání vyvolané prouděním větru. 58

4.5.3. Ráz způsobený výbuchem mimo potrubí 60

5. Způsoby výpočtu potrubí zatíženého dynamikou tekutin.. 61

5.1. Použité veličiny a jednotky. 61

5.2. Kvazistatické řešení 61

5.3. Modální analýza. 61

5.3. Harmonická analýza. 62

5.4. Spektrální analýza. 62

5.4.1. Definování impulzu (rázu) a generování zatěžovacího spektra odezvy. 62

5.4.2. Definování impulzu v konkrétních případech. 64

5.5. Časová posloupnost působení zatížení (Time History) 64

6. Seizmicita- zatížení a výpočet potrubí. 65

6.1. Použité veličiny a jednotky. 65

6.2. Všeobecně o zemětřesení 65

6.3. Projevy seizmického zatížení 68

6.4. Seizmické oblasti 69

6.5. Zemětřesení – kvazistaticky. 70

6.6. Spektrální analýza seizmicity. 72

6.7. Pohyb podpěry potrubí způsobený seizmicitou. 77

7. Řešení problémů způsobené dynamickými silami na potrubí svojí konstrukcí a uložením... 78

7.1. Způsoby řešení kmitání 78

7.1.1. Všeobecně. 78

7.1.2. Zásah do tvaru kmitání 78

7.1.3. Řešení kmitání při současné tepelné dilataci 79

7.1.4. Zabráněním kmitání o určité frekvenci - přeladění 80

7.1.5. Zmenšování amplitudy kmitání - zatlumení 80

7.1.6. Připuštění kmitání podmíněné výpočtem vysokocyklové únavy. 81

7.1.7. Změna konstrukce trubky. 81

7.2. Řešení konstrukce v případě rázu. 81

7.2.1. Hydraulický ráz. 81

7.2.3. Parní ráz. 82

7.2.4. Volný výtok. 82

7.2.5. Okolí pojišťovacího ventilu. 83

7.3. Konstrukce potrubí v případě seizmicity. 83

8. Zařízení pro tlumení kmitání potrubí. 85

8.1. Použité veličiny a jednotky. 85

8.2. Tlumiče rázů. 85

8.2.1. Hydraulický tlumič rázů. 85

8.2.2. Mechanický tlumič rázů. 87

8.2.3. Viskoelastický tlumič (damper) 88

8.3.Omezovač kmitání 90

8.3.1. Klasický pružinový omezovač kmitání 90

8.3.2. Antivibrační objímka. 92

8.3.3. Mechanický tlumič – absorbér energie. 92

8.3.4. Vibroizolační prvky. 93

9. Výpočet potrubí pomocí specializovaných programů.. 94

9.1. Metoda konečných prvků (MKP) a její využívání pro uvedené programy. 94

9.1.1. Metoda konečných prvků. 94

9.1.2. Zjednodušení metody konečných prvků pro potrubní systémy. 96

9.2. Obvyklá základní struktura výpočetního programu pro pevnostní výpočet potrubí 97

9.2.1. Préprocesor. 97

9.2.2. Solver. 98

9.2.3. Postprocesor. 98

9.2.4. Přídavný výpočtový modul pro dynamický výpočet. 99

9.3. Výčet nejznámějších specializovaných programů. 100

9.4.Výpočetní dynamika tekutin (CFD) 101

10. Použitá literatura a literatura pro další studium... 103

10.1. Odborná literatura. 103

10.2. Firemní literatura. 104

10.3. Související technické normy. 104

10.4. Zajímavé internetové adresy. 104