Отопление, теплоснабжение, вентиляция / Расчет трубопроводов и оборудования на прочность при сейсмическом воздействии  

Всем доброго времени суток!
Проектируем объект (ТЭЦ), расположенный в районе с сейсмичностью 8 баллов по шкале MSK-64. В соответствии с п.11.2.6 РД 10-249-98 "Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды " необходимо проводить расчет оборудования и трубопроводов на прочность при сейсмическом воздействии. С проведением расчетов на прочность при сейсмическом воздействии столкнулись впервые.
В связи с этим возникло несколько вопросов:
1)   По каким критериям относить к категории сейсмостойкости трубопроводы и оборудование? В РД 10-249-98 отсутствует конкретика.
2)   Можно ли связать категории трубопроводов по ПБ 10-573-03 "Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды" с категориями сейсмостойкости по РД 10-249-98? Если да, то в соответствии с каким нормативным документом?
3)   Есть ли другие нормативно-технические документы, регламентирующие требования к сейсмической стойкости оборудования и трубопроводов для тепловых электрических станций кроме РД 10-249-98?
4)   Одинаков ли подход к расчету трубопроводов и оборудования отнесенных к категории Is и IIs по РД 10-249-98?
5)   В какой программе можно провести такие расчеты? (Мы сейчас пробуем освоить «АСТРА-нова». Может быть, у кого-нибудь был опыт расчета на прочность при сейсмическом воздействии в нескольких программах и возможность сравнить результаты!? Поделитесь опытом!)
6)   Не все понятно с исходными данными для расчета. Где можно взять акселерограмму и(или) спектр ответа?
7)   Где можно почерпнуть информацию про антисейсмические мероприятия?

Если Вас   интересуют вопросы о возможности выполнения прочностных расчетов трубопроводов с помощью программ типа СТАРТ  (использующих для расчетов теорию балочных КЭ), очень советую Вам почитать мою переписку с разработчиками программы СТАРТ – вот тут:

https://forum.abok.ru/index.php?showtopic=21175&st=751

Начало страница переписки со страницы 28

Мой «ник» на форуме: Valery-m

это я там с разработчиками и продавцами СТАРТа переписываюсь - начало с 27-ой страницы
а основное там с 29-ой страницы

ЭТО ОЧЕНЬ полезная информация для понимания 100% вранья программы СТАРТ и других "астролябий-дурилок"!

Астра-Нова - такая же дурилка-астролябия как и СТАРТ

К какому САПРу рекомендуете присмотреться?

я не продавец программ = так что ничего советовать не буду

можно использовать любую МКЭ программу - где есть оболочечные и "солид" КЭ,
главное не пытаться использовать балочные КЭ

что касается выполнения так называемых сейсмических расчетов - вот одно из моих писем на эту тему с проектировщиком,м.б это будет кому-то полезно?

-----------------------------------------------------

сейсмику чего?
металлокарскас здания или частично заполненный жидкостью резервуар?
 
 
сейсмику какую? - нагрузка что? спектр ускорений? или это реальная акселерограмма ускорений?
 
обычно под термином сейсмика в России понимают спектр ускорений из какого-то нормативного документа, однако при этом совершенно не думают о том, что линейная теория колебаний - подразумевает геометрическую линейность - т.е. малые перемещения!
 
а многие конструкции, в первую очередь металлические - как правило геометрически нелинейны!
 
т.е. решение путем суммирования по собственным частотам - "ПРОТИВОЗАКОННО" - с точки зрения физики - Вы получите неверные перемещения и как следствие неверные значения внутренних усилий и напряжений!
*** тем не менее - значительная российских "расчетчиков" именно так и делают!
 
 
 
кроме того, многие конструкции имеют "контактные" соединения - в первую очередь болтовые - что опять же невозможно в принципе смоделировать - если использовать теорию линейных колебаний!
А ведь контакты - если говорить о колебаниях в общем - они ведь являются модуляторами амплитуды, частоты, фазы колебаний - т.е.  порой существенно изменяют параметры движения.
 
 
Нагрузка - неважно что это - спектр или реальная акселерограмма ускорений - она же прикладывается не прямо к сооружению!
эти величины измеряются - на грунте!!!
т.е. эту нагрузку нужно прикладывать не к сооружению, а к массиву грунта - на котором все это находится!
а уж как там - на этом массиве грунта - будет  колебаться то или иное сооружение - зависит от свойств грунта, массы , жесткости и размеров сооружения!
 
 
ну и последнее - любая конструкция - она на "чем-то" стоит - т.е. на земле
грунт является существенно нелинейно средой - и выполнять динамические расчеты какой-то конструкции без учета существенно нелинейных свойств грунта - просто бессмысленно!
т.е. применение теории ЛИНЕЙНЫХ колебаний для расчетов сооружений с учетом грунта - БЕССМЫСЛЕННО - ибо теория линейных колебаний исключает возможность физической или иной нелинейности!
А грунт - как написано в любом учебнике по геомеханике - является существенно нелинейной средой с самого начала нагружения и упругие деформации - ничтожно малы - так что упругими деформациями можно пренебречь!
*** тем не менее - значительная  российских "расчетчиков" делают как совсем иное - ПРОТИВОРЕЧАЩЕЕ УЧЕБНИКАМ - они считают грунт УПРУГОЙ СРЕДОЙ!
емкость заполнена чем?
 
если газ - сжимаемая среда - это одна задача
 
если жидкость - среда не сжимаемая - другая задача
тем более если емкость заполнена ЖИДКОСТЬЮ ЧАСТИЧНО!
 
нужна геометрия и нужно обсуждать постановку задачи , степень детализации , нагрузки и пр...
 
кстати, вот сразу вопрос - емкость - она ведь с чем-то соединяется - трубами наверно..... - это я к тому - что рассматривать только емкость наверно нельзя?
нужно как минимум учесть наиболее жесткие трубы и смоделировать хотя бы небольших их куски - как минимум до второй опоры - но нужно как говорится смотреть по месту
 
потом опоры трубопроводов, особенно если трубы жесткие - они ведь разные бывают - это я про опоры
 
 
бальность - никакого значения не имеет
 
ведь на самом деле - Вам в данной задаче нужно переводить спектр ускорений из частотной области - во временную - путем обратного преобразования Фурье и решать уравнения динамики во временной области - чтобы учесть нелинейности
 
почему именно до 6 баллов?
 
чем такое "чудо" обусловлено?
 
Если у Вас емкость заполнена жидкостью частично, то обычные лагранжевы сетки не годятся в принципе!
В этом случае нужно использовать Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) - что подразумевает использование явного решателя со всеми вытекающими последствиями
 
я ничего менять не пытаюсь - мне хватает тех - кому нужны расчеты ПО СУЩЕСТВУ!
 
============================================
если я правильно понимаю, то у Вас в качестве нагрузки используются какие-то спектры - например ускорений (зависимость амплитуд от частот)?
*** скорее всего он у Вас дается без фазового спектра?!
 
если это так, что как Вы сможете получить правильное распределение напряжений в конструкции узлов сопряжения, в том числе узлов крепления к основанию?
*** ведь при спектральном анализе Вы не сможете моделировать контакты?!
 
далее про эксперименты:
 
Если Вы можете - поясните мне пожалуйста - Как чисто физически Вы сможете смоделировать полигармоническую нагрузку на стенде?
 
я много раз спрашивал у разных инженеров-экспериментаторов - Как это можно сделать чисто физически?
 
*** тем более что они почти никогда не знаю частотный спектр!!
 
- что автоматически означает, что они не могут выполнить обратное преобразование Фурье и не могут получить ПРАВИЛЬНУЮ полигармоническую нагрузку!
т.е. чаще всего экспериментаторы просто не знаю ЧТО собственно нужно прикладывать в качестве нагрузки ?!
 
 
т.е. не зная фазы смещения по частотам, непонятно КАК "сопрягать" отдельные гармоники, что бы в результате получить нечто похожее на требуемую полигармоническую нагрузку!
 
никто, ни разу ничего внятного мне на этот простой вопрос не ответил.....
 
почти всегда "ответы" были примерно такие:
... ну у нас же все сертифицировано... и методики и оборудование..
... ну чего нам заморачиваться?....
 
 
проще говоря, когда Вы используете спектральный анализ, Вы должны озадачиться следующим:
 
убедиться что Ваша физическая модель соответствует требования ЛИНЕЙНОСТИ!
 
*** в том числе и после того, как Вы "склеите" Ваши кусочки модели в "монолит", или это как-то сделает за Вас программа
 
*** кстати, хорошо бы разобраться - как это будет делать сама программа.... потому что она же все же просто программа....  кем-то написанный алгоритм действий, который естественно не может быть универсальным
 
 
Далее, ЕСЛИ Вы используете спектральный анализ, то Вы должны ПОНИМАТЬ - что ЭТО - просто ТУПОЕ СУММИРОВАНИЕ по всем частотам - что в переводе на простой язык означает следующее:
Вы получаете "верхнюю" оценку, которая многократно превышает РЕАЛЬНЫЕ значения!
 
Следующее:
используя спектральный анализ в модели (имеющей контакты), где Вы и/или Ваша программа склеивает кусочки в единое целое, НЕЛЬЗЯ говорить о получении достоверных напряжений в принципе, по двум причинам:
 
1. из-за "тупого суммирования" по всем частотам
2. из-за того что невозможно учесть контакты
 
Таким образом, частотный анализ может давать Вам лишь "верхнюю" - очень завышенную оценку по перемещения, скоростям, ускорениям, ПРИ УСЛОВИИ что Ваше конструкция отвечает ВСЕМ требованиям линейности!
 
 
ну и последнее, с учетом выше написанного, сравнивать результаты эксперимента по любому искомому параметру глупость невероятная, по следующим причинам:
 
а)выполняя спектральный анализ, в лучшем случае Вы получаете "верхнюю" - очень завышенную оценку по перемещения, скоростям, ускорениям, а не какое-то - более-менее достоверное значение!
*** т.е. "расчетные" значения по перемещения, скоростям, ускорениям ОДНОЗНАЧНО будут выше экспериментальных
 
б) совершенно не понятно, каким образом будет моделироваться требуемая полигармоническая нагрузка - т.е. как её эту нагрузку чисто физически смогут реализовать на стенде?
*** даже если предположить что у Вас будут спектра по частотам и амплитудам - т.е. Вы сможете провести обратное преобразование Фурье.
 
 
можно еще задать много вопросов по характеристикам демпфирования - но не буду этого делать, так как очевидно - что узаконенная ерунда в нормативных документах, написанных много десятилетий назад - приводит к "комичной" ситуации в настоящее время!
 
 
Электроника

для начала нужно дать определение что такое прочность и написать критерии этих самых определений
на пример, прочность можно классифицировать как:

- конструкционную - когда в явном виде происходит разрушение на каком-то уровне - полное или частичное,
- технологическую - например
* деламинация (частичное расслоение) платы,
* отслоение токопроводящего слоя, изменение толщины токопроводящего слоя из за деформации и как следствия повышения температуры при  "нештатном" значении тока,
* изменение кристаллической структуры материала токопроводящего слоя под действием гармонической/знакопеременной нагрузки - как следствие повышенная вероятность коррозии, повышение температуры при "штатном" значении тока,
из-за изменения кристаллической структуры материала - образование микротрещин - накопление усталостных разрушений,
* изменение свойства припоя, из-за появления пластических  деформаций или под воздействием знакопеременных нагрузок

и так далее...
расчет на удар - это как раз понятно и относительно просто...
главное правильно сформулировать задачу и иметь данные по свойствам материалов
а вот с вибрацией все "сложно", попробую хотя бы кратко объяснить почему:
1. как правило (к сожалению) почти все сразу "кивают" на теорию ЛИНЕЙНЫХ МАЛЫХ колебаний...., тем более что ОНА - "прописана" во многих нормативах.... ну и большинство просто ничего иного не знают... точнее ничего иного просто не слышали - поскольку ИНОМУ мало где учат

Дело в том, что платы - а именно на них крепятся все компоненты - чаще всего имеют многослойную структуру - т.е. это по существу КОМПОЗИТЫ из слоев:
ортотропный диэлектрик и токопроводящие слои , бывают и иные конструкции = таким образом у нас есть пластина, имеющая СЛОЖНУЮ композитную структуру состоящую из нескольких слоев - имеющих ортотропную и изотропную характеристики =  как следствие "СЛОЖНУЮ ПРОСТРАНСТВЕННУЮ" жесткость - поясняю:

на пример - у Вас ИЗОТРОПНАЯ пластина - Вы её нагрузили равномерным давлением и получили максимальный прогиб в центре + "симметричные" реакции на границах или в местах закрепления (конечно предполагаем что пластина имеет симметричные граничные условия)

но если Вы таких же размеров имеете пластину из композита, то увы.. картина будет совсем иной - точка максимального прогиба будет скорее всего "где-то", но не в центре... то же самое будет с реакциями на границах и так далее...
т.е. не смотря на равномерную нагрузку и симметричные условия - у Вас распределение деформаций и напряжений будет несимметричным

   Таким образом и колебания такой "композитной" пластины будут совсем иные нежели у пластины из изотропного материала.
2. Почти все платы - имеют нелинейную зависимость деформаций\перемещений от нагрузок, тем более от нагрузок перпендикулярно нормали к плате
т.е. почти никогда нельзя правильно описать деформацию / движение платы с помощью ЛИНЕЙНОЙ ТЕОРИИ МАЛЫХ КОЛЕБАНИЙ

3. Как задавать эту самую вибрацию?
Даже если плата "толстая, жесткая" и потому её движение можно описать теорией линейных малых колебаний,  то задание нагрузки в виде спектр амплитуд - то это полная ерунда, так как он Вам ничего не даст, поскольку он получен путем преобразования Фурье - когда Вы по каким-то соображениям ограничиваете разложение реального воздействия на N-частот....

т.е. как минимум нужен еще спектр частот, что бы путем обратного преобразования Фурье - получить "нечто" похожее на первоначальное воздействие во временной области....

но повторяю еще раз - это теория линейных малых колебаний - она как правило не подходит для описания реальных вибрационных воздействий - там иные - на порядки большие амплитуды колебаний, а значит эти колебания уже должны описываться нелинейными уравнения движения.
1. Где Вы берете нагрузки?

если в нормативных документах - то там чаще всего спектры ускорений - они для РЕАЛЬНЫХ расчетов совершенно бесполезны

2. Ваши платы - многослойные?
если да - то ЭТО нужно учитывать ОБЯЗАТЕЛЬНО!

многослойные платы , порой имеющие сильную ортотропию - по существу являются композитами, которые имеют свойство модулировать движение по амплитудам, частотам и фазам....

3. КАК Вы хотите решать эти задачи?
*** про линейную динамику можете сразу забыть... - точнее даже не вспоминать

 

4. Вероятно возможны два варианта:

а) Вам нужно создать "адекватную" мат.модель (упрощенную с точки зрения детализации) и получить параметры движения интересующих Вас электронных компонентов, и используя эти результаты - изучать их влияние на прочность компонентов

б) на "упрощенной" мат.модели, создавать отдельные кусочки с достаточной степенью детализации и изучать прочность конкретных  элементов

но для начала Вы должны написать критерии прочности для каждого элемента - что само по себе уже весьма не просто
*** производители электронных компонентов (в том числе и иностранные производители) стараются не давать никакой конкретной информации о своей продукции, отчасти потому что многие сами толком не знают ничего о свойствах выпускаемой ими продукции, а отчасти что РЕАЛЬНЫЕ характеристики выпускаемой продукции не соответствуют декларируемым .....
 

 

ну и последнее, Вы либо начните разбираться с РЕАЛЬНОЙ прочностью, либо озадачьтесь вопросом о "соответствии" Вашей продукции нормативным документам....

*** соответствие продукции нормативным документам - никоим образом не гарантирует прочности!

⚠️РНТЦ: «Ценообразование в строительстве. Учитываем на практике нормы законодательства».
Темы видеосеминара: ЗП в сметах, стоимость пусконаладки, транспортные расходы, разработка индивидуальных нормативов расхода, проекты для многократного применения в строительстве .