РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ В ПОЛОЙ СФЕРЕ С ВНУТРЕННИМИ ПОВЕРХНОСТНЫМИ ДЕФЕКТАМИ

В различных отраслях промышленности широко используются сосуды давления, в частности, распространены цилиндрические и сферические тонкостенные сосуды. Агрессивное воздействие окружающей среды при эксплуатации, а также рабочие нагрузки приводят к постепенному накоплению дефектов в конструкциях. Поскольку локальные дефекты действуют как концентраторы напряжений, для обеспечения прочности и надежности работы конструкции необходимо учитывать концентрацию напряжений вблизи дефектов. В работе рассматривается тонкостенная сфера под давлением, на внутренней поверхности которой имеются повреждения. Дефекты моделируются в виде сферических выемок, погруженных на глубину, равную половине своего радиуса. Количество дефектов варьируется. Дефекты расположены равномерно вдоль одной из окружностей большого круга сферы. Для оценки напряженного состояния построены 3D-модели сферического сосуда с дефектами. Рассматривается разное количество дефектов и различные размеры дефектов, каждому значению параметров соответствует своя модель геометрии. С использованием пакета конечно-элементного анализа ANSYS Workbench для каждой построенной модели производится приложение нагрузок (на внутреннюю поверхность сосуда действует давление), разбиение модели на конечные элементы и строится поле распределения максимальных нормальных напряжений в теле. Расчеты производятся в рамках линейной теории упругости. Проведен численный эксперимент по изучению влияния количества поверхностных дефектов на напряженное состояние в их окрестности. Исследована зависимость рассчитанных напряжений в теле от глубины дефектов. Показано, что при увеличении количества дефектов, а также при увеличении их глубины максимальное нормальное напряжение возрастает.

метод конечных элементов, сосуды давления, напряженное состояние, сферическая оболочка, поверхностный дефект