Blog circa Lo studio ottimizza gli standard di progettazione della testa di una nave a pressione convessa

Nei settori ad alta tecnologia come l'esplorazione in acque profonde, l'aerospaziale e le industrie petrolchimiche, i vasi a pressione che resistono alla pressione esterna svolgono un ruolo vitale.La sicurezza delle teste convesse –componenti chiave di questi vasi – determina direttamente la stabilità di interi sistemiUn difetto di progettazione che provochi una flessione o un guasto nella testa di un sommergibile in acque profonde o nel serbatoio del combustibile per razzi potrebbe portare a conseguenze catastrofiche.La ricerca approfondita e l'ottimizzazione dei metodi di progettazione della testa convessa hanno una notevole importanza pratica.

Quando sono sottoposte a pressioni esterne, le teste convesse affrontano principalmente due modalità di guasto: piegarsi e cedere.I progetti di ingegneria utilizzano in genere fattori di decomposizione basati sull'esperienza (KDF) per ridurre le pressioni teoriche di flessione per la sicurezzaTuttavia, con i progressi nella scienza dei materiali e nella produzione, questo approccio conservativo può portare a sprechi di materiali e a maggiori costi.la previsione accurata del comportamento di flessione e l' ottimizzazione dei metodi di progettazione sono diventate priorità di ricerca.

Il fattore di flessione (KDF) è definito come il rapporto tra la pressione di flessione sperimentale nelle teste reali e la pressione di flessione teorica nelle teste ideali.Le prime ricerche si sono concentrate sulla determinazione dei valori di KDF attraverso esperimentiI risultati hanno mostrato una notevole variabilità a causa delle difficoltà di controllo preciso dei difetti.Il metodo di stampo sferico rivestito con polimero ha permesso la produzione di teste con difetti controllati., offrendo nuovi percorsi per una previsione accurata del KDF.

• Tipi di difetti e prestazioni di guinzaglio:I ricercatori hanno condotto ampi esperimenti e simulazioni numeriche su vari tipi di difetti.mentre Abbasi et al. ha rilevato che i rigonfiamenti hanno un impatto minimo sulla flessione della testa sferica.
• Difetti di fabbricazione reali:Altri studi hanno analizzato teste emisferiche contenenti difetti di fabbricazione effettivi, fornendo indicazioni ingegneristiche.proposta per determinare le pressioni di piegatura del limite inferiore utilizzando le tazze come difetti geometrici equivalenti, introducendo singole forature attraverso lo spostamento controllato.

• Capi emisferici:Essendo le teste convesse più semplici, i loro metodi di progettazione sono relativamente maturi.
• Capi sferici:Nonostante le significative sollecitazioni di piegatura dei bordi nelle zone di transizione della corona, la loro profondità più bassa e la loro produzione più semplice li rendono ampiamente utilizzati.comportamento di flessione elastico-plastica studiato sotto pressione esterna mediante analisi degli elementi finiti, mentre Blachut et al. hanno studiato la stabilità nelle teste sferiche metalliche a più strati. Wang et al. hanno analizzato gli stati di stress e le pressioni di flessione nelle teste di fondo degli scaldabagni.
• Capi ellissoidali:Con una profondità intermedia tra le teste emisferiche e sferiche, sono più facili da produrre tramite stampaggio.Zingoni ha sviluppato teorie per valutare la distribuzione dello stress della membranaLi ha proposto metodi di analisi semplificati per i vasi della testa ellissoidali assi-simmetrici; Ross ha studiato le modalità di piegatura nelle teste ellissoidali di plastica rinforzate con fibra di vetro.

Nonostante i metodi di progettazione emergenti, le regole fondamentali negli standard dei vasi a pressione rimangono pietre angolari dell'ingegneria.Questa analisi si concentra su sei criteri chiave:

• Cina: GB/T 150.3, GB/T 4732.3
• Stati Uniti: ASME VIII-1, ASME VIII-2, codice ASME 2286-6
• Unione europea: EN 13445-3

ASME VIII-1La determinazione delle pressioni esterne ammissibili è effettuata utilizzando metodi basati su grafici, basati su dati sperimentali e analisi teoriche, che sono convenienti ma con una precisione limitata.ASME VIII-2(dal 2007) è passata a metodi basati su formule che incorporano i principi del Codice ASME Caso N-284 e 2286-6, per il calcolo delle sollecitazioni di compressione per membrana circonferenziale ammissibili.L'edizione 2019 ha introdotto equazioni standardizzate basate su modelli di curva sforzo-strain, simulando con precisione le reazioni dei materiali allo stato di fabbricazione per tutti i materiali ̇ acciaio al carbonio, acciaio a bassa lega, acciaio ad alta lega,e leghe non ferrosi che sostituiscono i precedenti metodi di acciaio a basso tenore di carbonio/leghe.

La norma EN 13445-3 (edizioni 2002-2021) utilizza curve per determinare le pressioni esterne ammissibili, adottando curve a limite inferiore derivate dalle norme PD5500 (successori della norma britannica BS5500).

GB/T 150.3L'industria dell'Unione ha inoltre utilizzato metodi grafici per la progettazione di teste a pressione esterne, alcune delle quali si basano su dati sperimentali cinesi e altre fanno riferimento alla sezione II, parte D, dell'ASME.GB/T 4732.3utilizza metodi simili a quelli del codice ASME 2286-6,con l'appendice C che fornisce regole aggiuntive per il calcolo del modulo di tangente, incluse le equazioni del caso 2286-6 del codice ASME per gli acciai a basso contenuto di carbonio e i modelli di curva di deformazione da sollecitazione di ASME VIII-2.

Questa sezione dettaglia i confronti delle regole di progettazione della testa emisferica, sferica ed ellissoidale tra gli standard, concentrandosi sulle differenze nei parametri chiave (ad esempio, modulo di tangente,I fattori di progettazione e i loro impatti.

Modulo della tangente(corrente della curva di sforzo-depressione del materiale a livelli di sforzo specifici) influenza in modo critico i calcoli della pressione di piegatura, con metodi di calcolo diversi tra le norme.Fattori di progettazione(coefficienti di margine di sicurezza) differiscono anche, riflettendo diverse considerazioni di sicurezza.

Data la complessità di progettazione delle teste sferiche / ellissoidali, alcune norme utilizzano metodi equivalenti che le convertono in teste emisferiche per il calcolo.Questa sezione confronta i vantaggi e i limiti di questi metodi.

Per un confronto standard intuitivo, questo articolo calcola le pressioni di piegatura per varie teste sferiche/ellipsidiche utilizzando diversi standard,risultati contrastanti con teste emisferiche equivalenti.

Casi di ingegneria selezionati dimostrano calcoli di spessore per teste che utilizzano diversi standard, chiarendo l'applicabilità di ciascuna norma e i compromessi.

Questa revisione completa e analisi comparativa delle regole di progettazione della testa convessa sotto pressione esterna fornisce riferimenti di ingegneria e orientamenti di ricerca.

• Sviluppo di modelli di previsione precisi della flessione:Sfruttare tecniche informatiche e sperimentali migliorate per ridurre la dipendenza da KDF empirici.
• Studiare il comportamento di flessione dei nuovi materiali:Investigazione delle prestazioni dei nuovi materiali sotto pressione esterna per applicazioni ingegneristiche.
• Ottimizzazione dei metodi di progettazione:Adattare gli approcci a specifiche applicazioni, bilanciando la sicurezza con l'efficienza dei costi.