Исследование прочности сварной конструкции «промышленный счетчик газа» при нагружении внутренним статическим давлением в программном комплексе APM FEM

Целью исследования является выявление зон наибольших напряжений при действии внутреннего статического давления, оценка предельных состояний конструкции, а также проверка соответствия её прочностным критериям.

Методы. В данной статье используется расчет методом конечных элементов сварной конструкции промышленного счетчика газа в программном комплексе APM FEM для КОМПАС-3D v23.0.0.8. Конструкция моделировалась в программе КОМПАС V23, сварные швы конструкции по ГОСТ 16037-80-С17-ЗП и ГОСТ 1603780-У19-ЗП смоделированы с помощью приложения «Неразъемные соединения». В местах расположений сварных швов было применено преобразование швов в тело, для учета их при генерации сетки конечных элементов.

Результаты. На основании проведённого анализа можно утверждать, что конструкция обладает высоким запасом прочности и жёсткости в условиях как нормативных, так и критических нагрузок. Допустимые значения перемещений и коэффициентов запаса подтверждают её надёжность и работоспособность в реальных условиях эксплуатации, включая испытательные режимы. Таким образом, конструкция может быть рекомендована к изготовлению без необходимости внесения изменений в её геометрию или методику сварки.

Заключение. Проведённый численный прочностной анализ сварной конструкции корпуса промышленного газового счётчика с использованием программного комплекса APM FEM показал, что при всех уровнях нагружения, включая испытательное давление до 30 Н/мм², конструкция сохраняет прочностную и геометрическую устойчивость. Полученные значения эквивалентных напряжений и коэффициентов запаса соответствуют требованиям нормативных документов, включая ГОСТ 34233.1–2017. Локальные перемещения конструкции не превышают допустимых значений, что свидетельствует о высокой жёсткости и отсутствии рисков пластической деформации при эксплуатации.

1. Котельников А.А., Григоров И.Ю., Гречухин А.Н. Математическое моделирование в сварочном производстве. Курск, 2024.

2. Котельников А.А., Натаров А.С. Исследование распределения напряжений, возникающих при нагружении, в сварных соединениях методом конечных элементов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2019. Т.23, № 4. С. 19–30.

3. Котельников А. А., Абышев К. И., Алпеева Е. В. Применение метода конечных элементов в расчётах сварных конструкций. Курск, 2014. 125 с. EDN: SDMWBD

4. Анищенко Г. В. Расширение функциональных возможностей счетчика газа ТРСГ-ИРГА // СФЕРА. Нефтегаз. 2019. №6. С. 66–67.

5. Импульсный корреляционный расходомер газа с накладными датчиками / А.Д. Мансфельд, Г.П. Волков, Р.В. Беляев, А.Г. Санин, Д.В. Мороскин // Акустический журнал. 2023. Т. 69, №3. С. 374–385. https://doi.org/10.31857/S0320791922700034.

6. Анализ технико-экономических аспектов диагностики и ремонта газопроводов / И.И. Велиюлин, В.И. Городниченко, В.А. Александров, В.П. Сытов, А.С. Лопатин // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2022. Т. 6, № 132. С. 94–98. https://doi.org/10.33285/1999-6934-2022-6(132)-94-98

7. Исследования опасности вмятин и гофров на магистральных газопроводах / И.И. Велиюлин, В.И. Городниченко, М.Ю. Митрохин, В.А. Александров, В.П. Сытов, А.С. Лопатин // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2023. №5(137). С. 66–69. https://doi.org/10.33285/1999-6934-2023-5(137)-66-69

8. Поповцев В., Хальясмаа А., Патраков Ю. Численное моделирование взаимодействия дуги отключения с потоком элегаза в автокомпрессионном дугогасительном устройстве элегазового выключателя 110 кВ // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2023. Т. 23, № 2. С. 30–45. https://doi.org/10.14529/power230203

9. Загидулин Р.В., Бакиев Т.А., Бакиев А.Т. К распознаванию стресс-коррозионных трещин в металле по сигналу вихретоковых преобразователей // Контроль. Диагностика. 2022. Т. 25, № 2. С. 22–31. https://doi.org/10.14489/td.2022.02.pp.024-033td-j.ru

10. Расчет характеристик выбросов внутреннего давления в магистральных газопроводах / Д. Намгаладзе, Т. Кизирия, Л. Шатакишвили, Т. Гванидзе // World Science. 2021. № 1(62). https://doi.org/10.31435/rsglobal_ws/30012021/7408

11. Design and Analysis of Pressure Vessel According to Internal Design Pressure and Temperature Using FEM / L. Heng, J.H. Park, R. Wang, M.S. Kim, G.E. Yang, S.D. Mun // Advances in Engineering Research. 2017. Vol. 132. Р. 375–380. https://doi.org/10.2991/icmmse17.2017.75

12. Acar M.A., Gönenli C., Selek M.B. Finite Element Analysis of the Pressure Vessels with Various Materials and Thicknesses // International Journal of Scientific Research and Management. 2024; 12(09): 1452–1459. https://doi.org/10.18535/ijsrm/v12i09.ec05

13. Design and Static Structural Analysis of Pressure Vessel using Finite Element Technique / P.M. Rao, T.J.P. Kumar, P.G. Krishnaiah, K.A. Francy, K.V. Reddy // International Journal of Disaster Recovery and Business Continuity. 2021; 12(1): 123–130.

14. Jin S., Li Z., Lan T., et al. Nonlinear Finite Element Analysis of Prestressed Concrete Containment Vessel under Severe Accident Loads // KSCE Journal of Civil Engineering. 2020; 24: 816–825. https://doi.org/10.1007/s12205-020-0603-3

15. Finite Element Analysis of Potential Liner Failures During Operation in Spherical Pressure Vessel / R. Pramod, N.S. Shanmugam, C.K. Krishnadasan, K. Sankaranarayanasamy // Advances in Computational Methods in Manufacturing. 2019: 1073–1087. https://doi.org/10.1007/978-981-32-9072-3_90

16. A simulation analysis method for strength and fatigue design of prestressed wound ultra-high pressure vessels / L. Che, P. Wang, L. Ma, Y. Feng, J. Zhao, X. Li // Advances in Mechanical Engineering. 2023; 15(1): 1–15. https://doi.org/10.1177/16878132231209640

17. Shirwa F.M. Finite Element Analysis of Pressure Vessels Subjected to Uniform Internal Pressure Using Ansys Software // International Journal of Research and Innovation in Applied Science. 2022; 7(9): 45–50.

18. Vardhan H., Sztipanovits J. Deep Learning-based Finite Element Analysis (FEA) surrogate for sub-sea pressure vessel // arXiv preprint. 2022. https://arxiv.org/abs/2206.03322

19. Warrior N. A., Durrant J. C. The Application of Finite Element Modelling to Pressure Vessel Design Codes // NAFEMS Publication. 2000. https://www.nafems.org/publications/resource_center/r0071/