15 października 2019


(artykuł reklamowy)

Filip Ulatowski, Marcin Młynarczyk

Wpływ działania ciepła na konstrukcje inżynierskie jest problemem niezwykle istotnym, dotyczącym wielu konstrukcji, bez względu na ich charakter użytkowy. Dla przykładu – w ustrojach nośnych ciepło pochodzące z zewnętrznych źródeł powoduje zazwyczaj przyrost objętości, co dla elementów posiadających więzy mechaniczne (np. połączenia śrubowe lub połączenie spawane z innymi elementami) łączy się z wystąpieniem naprężeń, zazwyczaj niekorzystnych dla konstrukcji. Analogiczny schemat obserwujemy podczas skręcania nieswobodnego kształtowników stalowych – skręcanie kształtownika obustronnie utwierdzonego musi skutkować wystąpieniem deplanacji przekroju poprzecznego.

analiza naprezen
Rys. 1    Geometria zdyskretyzowana elementami objętościowymi typu Hexa i Penta – siatka hybrydowa

Również projektując obiekty o charakterze przewodników prądu elektrycznego należy uwzględnić szereg zjawisk mających wpływ na generowane naprężenia związane z rozszerzalnością cieplną materiałów. Należy uwzględnić istotne zjawisko Joule’a-Lenza, wynikające bezpośrednio z zasady zachowania energii. Praca wykonywana przez prąd elektryczny zamieniana jest na energię wewnętrzną metalowego komponentu, z którego uwalniana jest w postaci ciepła. Uwzględnianie tego faktu jest konieczne, podczas projektowania np. izolacji kablowych oraz konstrukcji nośnych.
Także zjawiska cieplne zachodzące w urządzeniach ciśnieniowych podlegają tym samym prawom. Medium transportowanym rurociągami jest często gaz o bardzo wysokiej temperaturze. Odkształcenia i naprężenia termiczne są więc i w tej gałęzi inżynierii nieodzownym do uwzględnienia aspektem podczas procesów projektowania oraz utrzymania obiektów eksploatacyjnych..
W niniejszym artykule przedstawimy numeryczne analizy termiczne – analizę naprężeń cieplnych w stanie ustalonym oraz analizę naprężeń cieplnych w stanie nieustalonym. Za przykład posłużył zbiornik ciśnieniowy, magazynujący gaz o wysokiej temperaturze, oraz konektor oczkowy. Wszystkie analizy wykonano w programie MIDAS NFX, stanowiącym przykład oprogramowania specjalistycznego idealnie dostosowanego do wymagań współczesnej inżynierii, opartej o analizy numeryczne (FEA). Wykorzystując MIDAS NFX konstruktor dysponuje możliwością uwzględnienia nie tylko obciążeń o charakterze mechanicznym, ale i termicznych.

 

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 3 (126) marzec 2018