Моделирование подземного горизонтального резервуара для токсичных отходов. Резервуар выполнен из композиционных материалов. Отчитываются нагрузки от грунтов. Рассматриваются задачи прочности и потери устойчивости.

1. Новожилов Юрий

2. 2
Моделирование композитного подземного
горизонтального резервуара средствами ANSYS
Composite PrePost
Изучение возможностей по параметризации и
оптимизации модели как на уровне геометрии, так
и на уровне укладок и свойств волокон.
Цели

3. 3
Рассматриваемые свойства грунта
ρ = 1500 кг/м3 – плотность грунта
g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения
h = [5,8 ; 7,6] м – заглубление рассматриваемой точки от
отметки планировки
ν = 0,3 – коэффициент Пуассона
С = 12 МН/м3 – жесткость упругого основания для
рыхлых водонасыщенных песков Цитович Н.А.
“Механика грунтов”, 1983 г.

4. 4
Геометрия конструкции
*Некоторые размеры приведены с учетом толщин оболочек 6 мм

5. 5
Упругое основание
Граничные условия и нагрузки

6. 6
 Вертикальное давление P = ρgh, Па
 Боковое давление P = ρghν/(1-ν) , Па
Иванова П.Л. «Грунты и основания
гидротехнических сооружений»
Граничные условия и нагрузки

7. 7
 Боковое давление P = ρghν/(1-ν), Па
Иванова П.Л. «Грунты и основания
гидротехнических сооружений»
Граничные условия и нагрузки

8. 8
 Боковое давление P = ρghν/(1-ν), Па
Иванова П.Л. «Грунты и основания
гидротехнических сооружений»
Граничные условия и нагрузки

9. 9
 Толщина 6 мм или 10 мм
 Намотка с углом 15°
 4 или 6 монослоев равной толщины
Основная труба

10. 10
Крышки
 Толщина 6 мм
 Ручная выкладка
 3 слоя равной толщины: плетеная
стеклоткань/рогожа/плетеная стеклоткань

11. 11
Трубы ПВХ и седло
Трубы ПВХ
 Толщина 4 мм
 Изотропный упругий материал
Седло
 Толщина 6 мм
 Намотка с углом 15°
 4 монослоя равной толщины

12. 12
Подкрепления
 Толщина 6 мм
 Ручная выкладка
 3 слоя плетеной стеклоткани равной толщины

13. 13
 Меду всеми частями конструкции принимаются условия идеального
сопряжения – неразрывность вектора перемещений
 В расчете рассматривается полый резервуар с нулевым внутренним
давлением
 Используется классическая теория слоистых оболочек:
• Идеальное сопряжение между слоями оболочки
• Свойства для каждого слоя постоянны по толщине
• Линейно-упругая связь напряжений и деформаций
• Гипотеза Рейснера-Миндлина
Допущения

14. 14
Квадратичные слоистые
оболочечные элементы
 95751 уравнений
 31917 узлов
 31870 элеметнов
КЭ сетка

15. 15
Толщина стенки трубы резервуара 6 мм
• Линейная потеря устойчивости
Толщина стенки трубы резервуара 10 мм
• Линейная потеря устойчивости
• Статическая нелинейная задача прочность
Рассмотренные постановки

16. 16
Форма поперечного
сечения корпуса
(z = 1,8 м) при потере
устойчивости
Линейная потеря устойчивости
Коэффициент запаса = 0,49

17. 17
Толщина стенки трубы резервуара 6 мм
• Линейная потеря устойчивости
Толщина стенки трубы резервуара 10 мм
• Линейная потеря устойчивости
• Статическая нелинейная задача прочность
Рассмотренные постановки

18. 18
Линейная потеря устойчивости
Форма поперечного
сечения корпуса
(z = 1,8 м) при потере
устойчивости
Коэффициент запаса = 1,76

19. 19
Толщина стенки трубы резервуара 6 мм
• Линейная потеря устойчивости
Толщина стенки трубы резервуара 10 мм
• Линейная потеря устойчивости
• Статическая нелинейная задача прочность
Рассмотренные постановки

20. 20
Модуль вектора перемещений |U|, м

21. 21
Осредненные окружные напряжения σy, Па

22. 22
 Для модели с толщиной стенки трубы резервуара 6 мм
• Запас при оценке линейной потери устойчивости составляет 0,49 – конструкция
теряет устойчивость под действием приложенной нагрузки
 Для модели с толщиной стенки трубы резервуара 10 мм
• Запас при оценке линейной потери устойчивости составляет 1,76
• Максимум модуля вектора перемещений составил 54 мм
• Осредненные окружные напряжения лежат в пределах составляют от -150 МПа до
136 МПа
Обзор результатов

23. 23
 Результаты показали хорошее совпадение с аналитическими оценками и
данными об условиях реальной эксплуатации.
 Резервуар с толщиной стенки трубы равной 6 мм при заглублении на 6
метров теряет устойчивость, в то время как резервуар с толщиной стенок
10 мм сохраняет несущую способность.
 Возможна оптимизация конструкции (угол намотки, толщины монослоев
геометрия конструкции, добавление ребер жесткости) для
проектирования резервуара с толщиной стенок менее 10 мм при
заглублении 6 метров.
 Возможно определение максимальной величины заглубления
неоптимизированного резервуара с толщиной стенок 6 мм.
 В ходе проведения расчетов важен учет нелинейностей – больших
деформаций конструкции.
Выводы