An overview of flange leakage check in piping stress analysisDescription complète
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how to evaluate nozzle stress by finite element methodFull description
Nozzle calculations as per ASME sec. VIII div.1Full description
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THERMAL ENGG.Full description
Flange Dimensions
An overview of flange leakage check in piping stress analysis
Flange managementFull description
Flange Leak
Modulo 3: Finite Element Analysis (FEA) BOLTED NOZZLE FLANGE
(Brida de tobera empernada) Metas de aprendizaje En este módulo, aprenderá a:
Construir un modelo de elementos finitos no l ineales para analizar un conjunto empernado.
Modelar los contactos entre las partes de un conjunto.
Modelar tensiones térmicas.
Verificar el modelo de elementos finitos refinando la malla y también comparando con cálculos manuales.
Especificación del problema Este módulo se extrae del Análisis de Elementos Finitos MAE 4700/5700 para Diseño D iseño Mecánico y Aeroespacial en la Universidad de Cornell.
EL COHETE SATURNO V El cohete Saturno V que llevó a la gente a la luna es la máquina más poderosa jamás construida. La primera etapa de Saturno V fue impulsada impulsada por cinco motores F1. En este ejercicio, analizamos la unión de brida empernada que conectó las partes media e inferior de la tobera del motor F1. La imagen de abajo muestra una imagen del motor F1 y el modelo correspondiente en ANSYS. Tenga en cuenta que el modelo ANSYS incluye sólo las partes media e inferior de la boquilla y la unión de la brida atornillada que las conecta.
Motor F1 en exhibición, en el Museo Nacional del Aire y el Espacio
Modelo en ANSYS de las partes media e inferior de la tobera
Vista de la unión de la brida empernada que conecta las partes media e inferior de la tobera.
Analizaremos esta unión empernada construyendo un modelo de elementos finitos no lineales en ANSYS. Nuestro principal objetivo es evaluar el factor de seguridad de los pernos de la brida. También nos gustaría determinar las brechas que se desarrollan entre las partes unidas cuando se carga el conjunto. Las propiedades del material se indican en la siguiente tabla: Material
Tobera
Perno y Tuerca
Acero inoxidable Serie 300 Acero A-286
Módulo de Young (psi)
Coeficiente de Poisson
Coeficiente de expansión térmica
2.9E+7
0.27
1E-5
2.9E+7
0.31
9.5E-6
Los canales de regeneración son omitidos en el modelo. A cambio, se utiliza un diagrama de cuerpo libre para deducir las fuerzas equivalentes sobre la tobera media y la tobera inferior (la tobera superior no está modelada aquí). Este par de fuerzas es modelado como co mo dos fuerzas separadas, cada una de 1000 lbf. La temperatura del gas es 700 F que causa la tensión térmica. Suponemos que el perno está precargado al 50% de su resistencia a la rotura.
Pre análisis El modelo matemático se basa en la elasticidad tridimensional. La estrategia de solución será mediante la aplicación del método del elemento finito.
El dominio sobre el cual necesitamos resolver las ecuaciones gobernantes está dada por la geometría. Elementos a modelar: -
ECUACIONES GOBERNANTES
Parte media de la tobera Parte inferior de la tobera Perno Tuerca
Modelo constitutivo
Relaciones tensión-desplazamiento
CONDICIONES DE FRONTERA
En cada punto de la frontera, la tracción o desplazamiento tiene que definirse. La Normal, como 2 direcciones tangenciales.
Condición de simetría a partir de la periodicidad
"Soporte sin fricción" en la superficie superior de la tobera - Desplazamiento normal = 0 - Tracción tangencial = 0 Aproxima la conexión a la boquilla superior (que no está incluida en el modelo)
Presión debida al propulsor - Calculado utilizando la dinámica de gas 1D - Varía en dirección axial ("z") Fuerza de los canales de regeneración - Separa las boquillas medias e inferiores
Tracción en superficies de contacto - No se conoce a priori dónde las partes van a entrar en contacto MODELO DEFORMADO Entrar en contacto en las interfaces - La tracción depende del desplazamiento Altamente no lineal
MODELO NO DEFORMADO
ESTRATEGIA DE SOLUCIONES NUMÉRICAS.
Método de Newton-Raphson para resolver Ecuaciones algebraicas no lineales
CÁLCULO MANUAL Reacción axial 1. Reacción en la dirección axial () donde la tobera del medio está unida a la tobera superior (no modelada) 2. Tensión circunferencial
3. Deformación térmica y deformación 4. Comprobación de la precarga del perno ∆ =
Tensión circunferencial
Tensión térmica ó é =∝ ∆ = (700 − 70) Recordemos que este término aparece en el modelo constitutivo
Pre carga en los pernos
Geometría Importar geometría
Visualizar geometría completa
Malla Generar malla
Configuración del modelo Especificar las propiedades de los materiales
Aplicar la tensión térmica
¿Cuál es el cambio esperado en la longitud del conjunto de toberas (en pulgadas) en la dirección z debido a la deformación térmica? Por favor ingrese su respuesta en forma decimal (por ejemplo, 18.65).
