Визначення тріщиностійкості резервуара з напівеліптичною тріщиною

Заголовок (російською): 
Определение трещиностойкости резервуара с полуэллиптической трещиной
Заголовок (англійською): 
Determination of crack resistance of a tank with elliptical crac
Автор(и): 
Пискунов С.О.
Шкриль О.О.
Максим’юк Ю.В.
Автор(и) (англ): 
Pyskunov S.O.
Shkryl O.O.
Maksymiuk Yu.V.
Ключові слова (укр): 
метод скінченних елементів (МКЕ), еліптична тріщина, коефіцієнт інтенсивності напружень, резервуар
Ключові слова (рус): 
метод конечных элементов (МКЭ), эллиптическая трещина, коэффициент интенсивности напряжений, резервуар
Ключові слова (англ): 
finite element method (FEM), elliptic crack, stress intensity factor, reservoir
Анотація (укр): 
Виникнення тріщиноподібних дефектів є поширеним явищем у процесі експлуатації вертикальних стальних резервуарів (ВСР). Такі дефекти можуть виникати як на початку роботи резервуарів, що може бути пов’язаним із порушенням умов виготовлення або монтажу елементів резервуару, так і в процесі експлуатації. З часом такі дефекти суттєво збільшуються і перетворюються на тріщини. Існуючі норми забороняють експлуатацію ВСР з тріщинами. В той же час в організації, яка експлуатує резервуар, не завжди є можливість одразу виконати ремонт. З практичного досвіду, відомі випадки безаварійної експлуатації резервуарів із не наскрізними поверхневими тріщинами на стадії сталого росту, які підтверджуються модельними розрахунками. В роботі проводиться аналіз тріщиностійкості резервуара ВСР-5000 з напівеліптичною тріщиною під дією гідростатичного тиску. Рівень заповнення резервуара нафтопродуктами складає 95% від його висоти. Напівеліптична тріщина розташована в панелі нижнього поясу стінки із зовнішньої сторони. Визначення тріщиностійкості резервуара з тріщиною виконується на основі коефіцієнтів інтенсивності напружень (КІН). Для визначення КІН використано прямий та енергетичні методи. Визначення напружено-деформованого стану виконується на основі напіваналітичного методу скінченних елементів (НМСЕ). Розподіл КІН вздовж фронту тріщини, отриманий прямим та енергетичним методами в НМСЕ добре узгоджується із значеннями КІН, обчисленими при використанні тривимірного МСЕ. Отримані величини КІН відрізняються вздовж фронта тріщини на 50%. Мінімальні значення КІН набуває в точці фронта, що розташована на зовнішній поверхні резервуара. Максимальне значення КІН набуває в точці фронта, що найбільш віддалена від зовнішньої поверхні. Отримані результати показують нерівномірність розподілу КІН вздовж фронту тріщини, отримання якого вимагає розрахунку таких задач в просторовій постановці.
Анотація (рус): 
Проведена оценка напряженно-деформированного состояния резервуара с начальной полуэллиптической трещиной при действии внутреннего гидростатического давления от заполняющей жидкости. Получено распределение коэффициентов интенсивности напряжений вдоль фронта трещины.
Анотація (англ): 
The occurrence of crack-like defects is a common phenomenon in the operation of vertical steel tanks (VST). Such defects can occur both at the beginning of the operation of the tanks, which may be associated with a violation of the manufacture conditions or the installation procedures of the tank elements and during operation. Over time, such defects increase significantly and turn into cracks. Existing regulations prohibit the operation of VST with cracks. At the same time, the organization that operates the tank does not always have the opportunity to perform repairs immediately. There are cases of trouble-free operation of tanks with non-through surface cracks at the stage of sustainable growth, which are confirmed by model calculations are known from practical experience. The analysis of crack resistance of the VST-5000 tank with a semi-elliptical crack under the action of hydrostatic pressure is carried out in the work. The level of filling the tank with petroleum products is 95% of its height. The semi-elliptical crack is located on outside surface of the wall panel in lower row of cladding. Determination of crack resistance of a tank with a crack is performed on the basis of stress intensity factors (SIF). Direct and energy methods were used to SIF calculation. Determination of the stress-strain state is performed on the basis of the semi-analytical finite element method (SFEM). The SIF distribution along the crack front obtained using SFEM by both direct and energy methods almost coincides and agrees well with the values of SIF calculated by the direct method when using three-dimensional FEM. The obtained values of SIF differ along the crack front by 50%: the minimum value of SIF acquires at the point of the front, which is located on the outer surface of the tank, the maximum one - at the point of the front inside the wall that is furthest from the outer surface. The obtained results show the quite uneven SIF distribution along the crack front, so that the calculation of such problems requires the spatial setting of problem.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2021, номер 106
Назва журналу, номер, рік випуску (рус): 
Сопротивление материалов и теория сооружений, 2021, номер 106
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Strength of Materials and Theory of Structures, 2021, number 106
Мова статті: 
English
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
02-106_pyskunov_s.o._shkryl_o.o._maksimyuk_yu.v.pdf
Дата публікації: 
28 Май 2021
Номер збірника: 
106
Університет автора: 
National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute“ Peremogy ave., 37, Kyiv, 03056Ж; Kyiv National University of Construction and Architecture 31, Povitroflotsky ave., Kyiv, Ukraine, 03037
Литература: 
  1. Mekhanika ruinuvannia. Spetskurs: navchalnyi. posibnyk [Fracture Mechanics. Special course: educational manual (in Ukrainian)] / O.O.Shkryl. - Kyiv: KNUBA, 2020. – 104 p.
  2. Napivanalitychnyi metod skinchenykh elementiv u zadachakh ruinuvannia til z trishchynamy [Semi-analytical method of finite elements in problems of fracture of bodies with cracks (in Ukrainian)] / Bazhenov V.A., Pyskunov S.O., Shkryl O.O. – Kyiv: Karavela publisher, 2017. – 208 p.
  3. Pyskunov S. O., Shkryl O.O. Vyznachennia trishchynostiikosti zakhysnoi obolonky yadernoho reaktoru pry termosylovomu navantazhenni [Determination of crack resistance of the protective shell of a nuclear reactor under thermal load (in Ukrainian)] // Strength of materials and theory of structures. – 2018. – No.101. – PP. 60-66.
  4. Pyskunov S.O., Shkryl O.O., Maksymiuk Yu.V. Vyznachennia trishchynostiikosti rotora parovoi turbiny pry dii obiemnykh syl [Determination of crack resistance of a steam turbine rotor under the action of volumetric forces (in Ukrainian)] // Strength of materials and theory of structures. – 2019. – No.103. – PP. 57-62.
  5. Pyskunov S.O., Shkryl O.O., Mytsiuk S.V. Priamyi metod vyznachennia koefitsiientiv intensyvnosti napruzhen v pryzmatychnykh ta prostorovykh nezamknenykh tilakh obertannia pry statychnomu navantazhenni [Direct method for determining stress intensity coefficients in prismatic and spatial open bodies of rotation under static load (in Ukrainian)]  // Strength of materials and theory of structures. – 2016. – No. 97. – PP. 3-14.
  6. Shkryl O.O. Vyznachennia G na osnovi obchyslennia invariantnykh obiemnykh intehraliv metodom reaktsii [Determination of G based on the calculation of invariant volume integrals by the reaction method (in Ukrainian)] // Strength of materials and theory of structures. – 2017. – No.98. – PP.31-42.
  7. Bazhenov, V.A., Gulyar, A.I., Piskunov, S.O., Shkryl’, A.A. Validity of a Modified Method of Evaluating the Invariant J-integral for Elastoplastic Deformation of Prismatic Solids / International Applied Mechanics. – 2018, v.54 – No.4. – PP. 378–383.
  8. Bazhenov V., Pyskunov S., Shkryl O. A methodology of determining of parameter J* in discreate models of finite element method // Strength of materials and theory of structures. – 2017. – No.99. – С. 33-44.
  9. Bazhenov, V.A., Pyskunov S.O., Solodey I.I. Сontinium mechanics: semi-analytical finite element method. - Cambridge Publisher, 2019. - 216 p.
  
References: 
  1. Mekhanika ruinuvannia. Spetskurs: navchalnyi. posibnyk [Fracture Mechanics. Special course: educational manual (in Ukrainian)] / O.O.Shkryl. - Kyiv: KNUBA, 2020. – 104 p.
  2. Napivanalitychnyi metod skinchenykh elementiv u zadachakh ruinuvannia til z trishchynamy [Semi-analytical method of finite elements in problems of fracture of bodies with cracks (in Ukrainian)] / Bazhenov V.A., Pyskunov S.O., Shkryl O.O. – Kyiv: Karavela publisher, 2017. – 208 p.
  3. Pyskunov S. O., Shkryl O.O. Vyznachennia trishchynostiikosti zakhysnoi obolonky yadernoho reaktoru pry termosylovomu navantazhenni [Determination of crack resistance of the protective shell of a nuclear reactor under thermal load (in Ukrainian)] // Strength of materials and theory of structures. – 2018. – No.101. – PP. 60-66.
  4. Pyskunov S.O., Shkryl O.O., Maksymiuk Yu.V. Vyznachennia trishchynostiikosti rotora parovoi turbiny pry dii obiemnykh syl [Determination of crack resistance of a steam turbine rotor under the action of volumetric forces (in Ukrainian)] // Strength of materials and theory of structures. – 2019. – No.103. – PP. 57-62.
  5. Pyskunov S.O., Shkryl O.O., Mytsiuk S.V. Priamyi metod vyznachennia koefitsiientiv intensyvnosti napruzhen v pryzmatychnykh ta prostorovykh nezamknenykh tilakh obertannia pry statychnomu navantazhenni [Direct method for determining stress intensity coefficients in prismatic and spatial open bodies of rotation under static load (in Ukrainian)]  // Strength of materials and theory of structures. – 2016. – No. 97. – PP. 3-14.
  6. Shkryl O.O. Vyznachennia G na osnovi obchyslennia invariantnykh obiemnykh intehraliv metodom reaktsii [Determination of G based on the calculation of invariant volume integrals by the reaction method (in Ukrainian)] // Strength of materials and theory of structures. – 2017. – No.98. – PP.31-42.
  7. Bazhenov, V.A., Gulyar, A.I., Piskunov, S.O., Shkryl’, A.A. Validity of a Modified Method of Evaluating the Invariant J-integral for Elastoplastic Deformation of Prismatic Solids / International Applied Mechanics. – 2018, v.54 – No.4. – PP. 378–383.
  8. Bazhenov V., Pyskunov S., Shkryl O. A methodology of determining of parameter J* in discreate models of finite element method // Strength of materials and theory of structures. – 2017. – No.99. – С. 33-44.
  9. Bazhenov, V.A., Pyskunov S.O., Solodey I.I. Сontinium mechanics: semi-analytical finite element method. - Cambridge Publisher, 2019. - 216 p.