Расчет аппаратов высокого давления методом конечных

РАСЧЕТ АППАРАТОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Урбанович В.С., Турбинский С.С., Антонович В.А.
Институт физики твердого тела и полупроводников НАН Беларуси
220072, Минск, ул. П. Бровки, 17
При получении сверхтвердых и тугоплавких материалов в аппаратах высокого давления
(АВД) одним из основных факторов, определяющих рентабельность технологии и возможность её коммерциализации, является срок службы несущих элементов АВД. Этот показатель в значительной степени определяется конструкцией АВД и запасом прочности несущих
элементов, скрепляемых по боковой поверхности обоймой стальных поддерживающих колец
для предотвращения их разрушения. Такими несущими элементами в АВД типа "наковальни
с углублениями" являются наковальни, а в АВД типа "белт" – центральная матрица и пуансоны.
Обычно при конструировании аппаратов высокого давления ограничиваются расчетами
осевых сборочных натягов. Такие расчеты просты и удобны при изготовлении АВД небольших размеров, используемых на прессах усилием до 5 MН. Однако при конструировании
АВД с большим реакционным объемом для прессов усилием 20-25 MН и выше этих расчетов
недостаточно. Они не позволяют определять распределение напряжений и деформаций по
объему несущих элементов в зависимости от их профиля и размеров и прогнозировать работоспособность и долговечность таких аппаратов.
Нами разработана методика расчета АВД методом конечных элементов, позволяющая
определять напряжения и деформации, возникающие в объеме несущих элементов, для любого типа АВД, и пакет специальных компьютерных программ с использованием языков
программирования "С" и "visual C++". Они включают разбиение несущего элемента на множество отдельных тороидальных элементов, построение глобального вектора сил, приложенных к каждому узлу, и глобальной матрицы жесткости, решение системы линейных
уравнений с получением глобального вектора смещений и расчет распределения эквивалентных напряжений в объеме несущих элементов. Проведены исследования напряженнодеформированного состояния несущих элементов двух типов АВД – "белт" и "наковальни с
углублениями" с одинаковым реакционным объемом для двух режимов: сборки АВД и приложения прессовой нагрузки при сжатии реакционной ячейки. Сделан анализ работоспособности указанных АВД в различных условиях нагружения.
Работа выполнялась при финансовой поддержке программы НАТО "Наука во имя мира"
(грант № 973529) и ГПОФИ "Наноматериалы и нанотехнологии".