Программа для расчета стенок сосудов

Программа ПАССАТ компании НТП «Трубопровод» позволяет производить расчет на прочность и устойчивость конструкций сосудов и аппаратов для оценки несущей способности в рабочих условиях, а также при испытаниях и монтаже.

ПАССАТ предназначен для организаций, проектирующих аппараты или сосуды. Название программы – аббревиатура, которая расшифровывается как «Прочностной анализ состояния сосудов, аппаратов, теплообменнико».

Пролог, в котором описываются идеи, заложенные в программу, ее назначение и используемые методы расчета

Разработчики программы ПАССАТ стремились создать эффективный, удобный и наглядный инструмент для автоматизации проектирования, поскольку на современном рынке отсутствуют отечественные программы, соответствующие нашим представлениям об инженерных инструментах.

Программу ПАССАТ выгодно отличают от зарубежных аналогов (Compress, Vessel, PV Elite и т.д.) ориентация на российскую нормативно-правовую базу, более доступная цена, интуитивно понятный русскоязычный интерфейс, наличие встроенной базы отечественных материалов.

В программе реализовано объемное графическое отображение геометрии отдельных элементов и модели в целом.

Рис. 1

Расчетная модель создается в трехмерной среде, что позволяет уже на этапе ввода исходных данных оценить габариты емкости и автоматически исключить нестыковку элементов модели из-за несовпадения размеров. Возможность вывода «каркасного» изображения (Wireless) обеспечивает полную видимость всех элементов, включая внутренние. ПАССАТ автоматически проверяет геометрию модели, позволяя пользователю выбрать способ стыковки элементов. Виртуальная расчетная модель, создаваемая в полном соответствии с заданным рассчитываемым аппаратом (сосудом), обеспечивает правильность ввода исходных размеров.

Программа создана в соответствии с основными нормативами и методиками, применяющимися в Российской Федерации. К сожалению, они не полностью регламентируют все стадии расчета, поэтому в отдельных случаях при расчете тех или иных элементов используются зарубежные методические документы.

Программа ПАССАТ производит расчет на основе:

ГОСТ 14249-89;
ГОСТ 25221-82;
ГОСТ 26202-84;
ГОСТ 24755-89;
РД 26−15−88;
РД РТМ 26−01−96−77;
РД 26−02−62−98;
норм расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок;
ГОСТ 27772-88;
ГОСТ 25859-83;
ASME VIII;
ASME II;
WRC-107;
WRC-297;
BS-5500.

Для оценки прочности и устойчивости заданной конструкции сосуда или аппарата реализованы следующие функции:

определение расчетных толщин и допускаемых значений давления, сил и моментов;
автоматическое определение расчетных величин, таких как вес, длины и диаметры элементов, характеристики колец жесткости (в цилиндрических обечайках и в седловых опорах) и др.;
расчет прочности места соединения штуцера с сосудом (аппаратом);
расчет арматурных фланцевых соединений с учетом воздействия давления, внешних сил и моментов, температурных напряжений и т.д.

Кроме того, программа ПАССАТ обеспечивает выполнение ряда вспомогательных функций:

настройка размерностей;
ввод и анализ исходных данных. В случае, если пользователь не ввел всех данных, необходимых для выполнения расчета, или ввел их некорректно, программа выдает предупреждение до тех пор, пока все данные не будут заданы;
автоматические изменения в смежных элементах всей модели при изменении геометрических параметров или условий нагружения в одном из элементов
выбор используемых материалов из базы данных с возможностью ее пополнения;
автоматическое изменение величины допускаемых напряжений, модулей упругости и т.д. при изменении материала, температуры или толщины стенки;
формирование, просмотр и печать полного отчета по расчетам элементов модели с промежуточными результатами вычислений.

ПАССАТ содержит открытую базу данных материалов, применяемых в СНГ, доступную для пополнения и корректировки.

Программа предназначается для проектно-конструкторских бюро и отделов, которые специализируются на проектировании и реконструкции сосудов и аппаратов, работающих под давлением, а также для организаций нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической, газовой, нефтяной, теплоэнергетической и других отраслей промышленности.

Системные требования программы ПАССАТ весьма скромны: программа работает в среде Windows 9x/2000/XP, рекомендуется видеокарта с поддержкой OpenGL.

Глава об интерфейсе, исходных данных и результатах расчета

ПАССАТ имеет дружественный интерфейс, а также интуитивно понятную структуру создания моделей и расчета сосудов и аппаратов. Параметризованные элементы, применяемые в программе вместо геометрических примитивов, значительно упрощают работу и позволяют существенно сэкономить время.

На рисунках 2−4 в качестве примеров показано создание конической обечайки и цилиндрического элемента.

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Из иллюстраций видно, что для создания элемента, корректно пристыкованного к модели, инженеру достаточно заполнить поля в коротком диалоге, иллюстрированном наглядной схемой, и выбрать необходимую схему соединения.

Особо подчеркнем, что для работы с программой пользователю не требуется большой опыт работы с системами 3D-моделирования – достаточно владеть обычным набором знаний инженера-расчетчика.

Исходными данными в ПАССАТ являются тип, геометрические характеристики и материал элементов сосуда или аппарата, тип и расположение опор, вид испытаний, величины нагрузок. Выбор используемых материалов производится из базы данных.

Программа для расчета стенок сосудов

Процесс завершается выдачей полного отчета по расчетам элементов модели с промежуточными результатами вычислений, который пользователь может либо экспортировать в Word, либо, при необходимости, модифицировать, внеся изменения в конструкцию и/или условия. Заметим, что экспорт расчета осуществляется поэлементно – это позволяет пользователю компоновать отчет в соответствии со своими требованиями.

В качестве примера приведен образец такого документа: в нем отражены результаты расчета эллиптического днища горизонтального сосуда в условиях гидроиспытаний.

Расчеты производятся по следующим элементам:

цилиндрические обечайки (гладкие и подкрепленные кольцами жесткости);
конические переходы;
днища (сферические, эллиптические, торосферические, конические, плоские, сферические неотбортованные);
врезки (штуцеры) в обечайки и выпуклые днища;
седловые опоры в горизонтальных сосудах и аппаратах;
опорные стойки и лапы в вертикальных сосудах и аппаратах.

Существующие конструкции сосудов и аппаратов, а также условия их работы часто не позволяют без значительного упрощения расчетных моделей выполнить расчеты в строгом соответствии с нормами, что приводит к искажению полученных результатов. После долгой и глубокой проработки методик нам удалось создать универсальную программу, значительно расширив сферу ее применения.

Расчет в условиях испытаний (гидроиспытания)

Условия нагружения при испытаниях:

Рабочая температура, T: 20 °C

Внутреннее давление, p: 0.5 МПа

По ГОСТ 14249-89 расчет на прочность при испытаниях не проводится, если выполнено условие:

Pисп < 1,35 · Pрасч

[ σ ]20

[ σ ]

1,35 · Pрасч

[ σ ]20

[ σ ]

Допускаемые напряжения для материала ВСТ3 при температуре 20 °C (условия испытаний):

[σ]=

250/1,1=227,3 МПа

Коэффициент nT выбирается в зависимости от группы аппарата.

Модуль продольной упругости при температуре 20 °C.

E = 199000 МПа

Коэффициент линейного расширения при температуре 20°C:

α = 1.16e-0,05 C-1

Днища, нагруженные внутренним избыточным давлением (п. 3.3.1).

Расчетная толщина стенки с учетом прибавок:

s1p+c =

p·R

2·[σ]·φ-0,5·p

+c=

0,5·1330

2·227,3·1−0,5·0.5

+0 =

= 1,47 мм

Допускаемое давление:

[p]=

2·[σ]·φ·(s1-c)

R+0,5·(s1-c)

2·227,3·1·(10−0)

1330+0,5·(10−0)

Заключение: условие прочности выполнено.

Это касается, в частности, расчета прочности и жесткости узлов врезок штуцеров в цилиндрические обечайки и выпуклые днища с учетом внутреннего давления и внешних нагрузок. В основе методики такого расчета лежат известные зарубежные разработки.

Существенно расширена область применения горизонтальных сосудов и аппаратов на седловых опорах: в отличие от методики, описанной в ГОСТ 26202-84, стало возможным определять изгибающие моменты и силы (как над опорами, так и между ними) сосудов произвольной конструкции, а также опор, расположенных в любом месте цилиндрических обечаек.

Расчет арматурных фланцев производится в соответствии с ASME VIII. При этом помимо давления учитываются внешние нагрузки и изгибающие моменты, а также напряжения, вызванные разницей линейных удлинений фланцев и шпилек (болтов) при температурном воздействии.

Эпилог, в котором описывается дальнейшая судьба программы

Внимательные читатели заметили, что мы не упомянули о теплообменниках – последней составляющей аббревиатуры ПАССАТ. Функцией расчета теплообменников программа пополнится в ближайшей перспективе.

Кроме того, планируется реализовать:

расчет аппаратов колонного типа в соответствии с ГОСТ Р 51273−99 и ГОСТ Р 51274−99;
расчет сейсмических и ветровых нагрузок, воздействующих на вертикальные аппараты колонного типа, в том числе – при определении периода собственных колебаний (без ограничений количества элементов);
расчет рубашек сосудов и аппаратов по ГОСТ 25867-83;
расчет вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов;
БД стандартных узлов и элементов в полном соответствии с требованиями ОСТ, ГОСТ и АТК.

К уже реализованной функции расчета арматурных фланцевых соединений будет добавлен расчет фланцевых соединений сосудов и аппаратов.

В эти дни проводится открытое бета-тестирование, участниками которого стали более 20 предприятий различных отраслей промышленности.

С 1 июня 2004 года НТП «Трубопровод» осуществляет опрос заинтересованных организаций. Опросный лист размещен по адресу: https://www.truboprovod.ru/cad/demo/PollPassat.doc

По результатам опроса и бета-тестирования мы сможем установить приоритетные направления развития программы и определить, в какие программные системы будет осуществляться импорт/экспорт расчетных моделей, созданных в программе ПАССАТ.

Литература, использованная при создании программы ПАССАТ

ГОСТ 14249-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.
ГОСТ 25221-82. Сосуды и аппараты. Днища и крышки сферические неотбортованные. Нормы и методы расчета на прочность.
ГОСТ 26202-84. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок.
ГОСТ 24755-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий.
РД 26−15−88. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность и герметичность фланцевых соединений.
РД РТМ 26−01−96−77. Плоские круглые крышки и днища с ребрами жесткости.
РД 26−02−62−98. Расчет на прочность элементов сосудов и аппаратов, работающих в коррозионно-активных сероводородсодержащих средах.
Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. – М., Энергоатомиздат, 1989. – 525 с.
ГОСТ 27772-88. Прокат для строительных стальных конструкций.
ГОСТ 25859-83. Сосуды и аппараты стальные. Нормы и методы расчета на прочность при малоцикловых нагрузках.
ASME VIII, Div 1, 2002, Appendix 2.
ASME II, 1998, Appendix 2.
WRC-107 Welding Re Council. Bulletin. – «Local Stresses in Spherical and Cylindrical Shells due to External Loadings», 1979.
WRC-297 Welding Re Council. Bulletin. «Local Stresses in Cylindrical Shells due to External Loadings on Nozzles, – Supplement to WRC Bulletin № 107», 1987.
BS-5500: 1976 Specification for Unfired fusion welded pressure vessels. British Standards Institution.
WRC-368 Welding Re Council. Bulletin. «Stresses in Intersecting Cylinders subjected to Pressure», – 1991. – 32 P.
Bildy Les M. 2000. «A Proposed Method for Finding Stress and Allowable Pressure in Cylinders with Radial Nozzles», – PVP Vol. 399, ASME, New York, NY. – pp. 77−82.
Zick L.P. «Stresses in Large Horizontal Cylindrical Pressure Vessels on Two Saddle Supports», – Welding Re Journal Supplement, September, 1951.

Источник

Каждое утро мы просыпаемся, идем в ванную комнату, чистим зубы и видим свое отражение в зеркале.

Подкрепляющая ощущение полного здоровья цветущая внешность позволяет строить планы, ставить новые цели.

И всё же время берет свое. Проносится день за днем – мы начинаем замечать неприятные изменения в лице: нависает веко, взгляд утяжеляется темными кругами под глазами, на щеках появляются сосудистые звездочки.

Женщины чутче реагируют на тревожные «звоночки», прибегая к косметическим процедурам, пользуясь услугами пластических хирургов.

Кто-то продолжает жить, стараясь не замечать возрастных изменений. Но непосредственный одноклассник, с которым вы десяток лет не виделись, воскликнет: «Ба! Да у тебя виски седые! И морщин, как у Кащея!».

Что ж, старение неизбежно. И важно понимать: если меняется внешность, начинают разлаживаться и невидимые глазу процессы в организме. Можно ли, не впадая ни в отчаяние, ни в иллюзии, что-то противопоставить фатуму?

Как сосуды начинают работать хуже

С возрастом замедляются процессы метаболизма и регенерации, преобладают процессы фиброза, уменьшается содержание эластина в органах и тканях.

Это влечет за собой функциональные изменения организма, которые мы и отмечаем как старение. Одно дело, когда эти процессы происходят медленно в соответствии с физиологической нормой. И совсем другая песня, когда мы стареем преждевременно.

В поисках предпосылок сердечно-сосудистых заболеваний ученые поломали головы и обнаружили, что самые значимые факторы риска – это возраст и сосудистое старение.

Волей-неволей свой возраст сегодня отслеживает каждый. А вот состояние сосудов часто бывает «подводным айсбергом» для нашего здоровья.

В лечении любого заболевания важна ранняя диагностика, хоть она и чужда русскому менталитету с девизом «Авось!». А высший пилотаж – это предупреждение заболевания. Оно требует знаний и самодисциплины. Моя задача – вооружить вас первым.

Что же называют преждевременным сосудистым старением? Это синдром, вобравший в себя ряд печально известных явлений. Среди них:

· артериосклероз – повышенная жесткость артерий;

· дисфункция эндотелия – неспособность сосудов адекватно расширятся при необходимости, приводящая к нарушению кровообращения в капиллярах;

· атеросклероз – образование бляшек на внутренних стенках артерий;

· нарушение метаболизма углеводов – избыток глюкозы в крови, приводящий к повреждению стенки артерий с нарушением микроциркуляции;

· локальное или генерализованное воспаление.

Клинический пример раннего сосудистого старения – развитие эссенциальной (первичной) артериальной гипертонии у молодых людей.

Утолщение стенок сердца, повреждение артерий сетчатки глаза, нарушение функции почек, ухудшение памяти, нарушение кровообращения нижних конечностей и головного мозга тоже является следствием раннего сосудистого старения.

Извините за нескромный вопрос, или Как определить сосудистый возраст?

Теперь, когда необходимость сопоставления сосудистого возраста с паспортным не вызывает сомнений, выясним, как вывести свои сосуды «на чистую воду»?

По мнению большинства исследователей этой проблемы, главный повод встревожиться – это повышение жесткости сосудов. Уплотнение артерий эластического типа приводит к увеличению скорости распространения пульсовой волны, что приводит к гемодинамическим нарушениям.

Представьте себе гитарную струну. Чем сильнее она натянута, тем выше получается звук (то есть частота колебаний). Скорость, с которой колебание передастся от одного конца струны до другого, будет увеличиваться с увеличением натяжения. То же происходит и с нашими сосудами.

Чем выше жесткость стенки сосудов, тем выше частота колебаний. В момент сокращения левого желудочка сердца происходит выброс крови в аорту. Аорта растягивается и снова сжимается, генерируя антеградную волну сокращений стенок сосудов.

Она достигает периферических артерий и формируется отраженная (ретроградная) волна, которая возвращается к сердцу.

В норме, когда сосуды эластичны, отраженная волна возвращается к сердцу, когда сокращение желудочка (систола) закончено, аортальный клапан закрыт и началось расслабление сердца (диастола). В диастолу сердце готовится к следующему сокращению.

А еще во время расслабления сердца за счет отраженной волны усиливается наполнение артерий, которые питают саму сердечную мышцу и обеспечивают мозговой кровоток. Это коронарные и церебральные артерии.

Если артерии слишком жесткие, отраженная волна по стенкам сосудов возвращается раньше, когда сокращение желудочка еще не закончено. Это перегружает сердце, приводя к гипертрофии стенок и нарушению его расслабления в диастоле.

А когда необходимо поддержать кровообращение в самом сердце и мозге, отраженная волна уже угасает. Таким образом, ухудшается коронарный и церебральный кровоток. Так жесткие сосуды вносят дисбаланс в работу сердца, и запускается «порочный круг». Разорвать его не так-то просто.

Почему сосуды становятся жесткими?

Повышенную жесткость артерий связывают с уменьшением содержания эластина в средней оболочке артерий и нарушением коллагеновых структур. Эти изменения и определяют процесс развития раннего сосудистого старения, в дополнение к атеросклерозу повышая сердечно-сосудистый риск. Жесткие сосуды в итоге становятся виновниками нежелательных событий – инфаркта миокарда или инсульта.

Но есть и хорошие новости. Структурные изменения, связанные с жесткостью артерий и атеросклерозом, можно измерить, и довольно точно.

Есть метод определения «скорости пульсовой волны» на сонной и бедренной артерии с помощью специального прибора (он так и называется – «аппарат для измерения скорости пульсовой волны и центрального аортального давления»). Во всех крупных городах несколько поликлиник обязательно располагают таким прибором.

Любопытство и телефон в течение получаса помогут вам раздобыть «все явки и пароли» в своем городе. Далее останется записаться на обследование и пройти его.

Порог «скорости пульсовой волны» – 10 метров в секунду. Если он превышен, сердечно-сосудистый риск значительно возрастает. И для врача это показатель для того, чтобы «бить в набат» и начинать подбирать медикаментозное лечение.

Точный удар по гипертонии

Приехали, как говорится. Ничто не предвещало беды, но вот мы и до гипертонии добрались. Потому что она, родимая, знакомая многим не понаслышке, и есть результат старения сосудов. Чем раньше начать ее корректировать при выявлении проблем с сосудами, тем меньше горя она вызовет.

Здесь я хочу предостеречь читателей от любого самолечения: начиная с животворящих водных процедур и фитотерапии, заканчивая самостоятельным «подбором» синтезированных лекарств. Гипертония не насморк, а сложная и опасная болезнь.

Оздоровление следует начинать только с похода к квалифицированному врачу-кардиологу.

Раз причина гипертонии – жесткие сосуды, они и должны быть мишенью антигипертензивных препаратов.

Как показало клиническое исследование ASCOT-CAFE, не все они одинаково влияют на снижение жесткости артерий, ретроградную волну и давление в аорте. В данном исследовании сравнивали два режима комбинированной антигипертензивной терапии – амлодипин ± периндоприл и атенолол ± гидрохлоротиазид.

Исследование показало, что лучший результат имеет лечение гипертонии комбинацией амлодипин ± периндоприл. То был прорыв в научной медицине, послуживший предпосылкой для разработки комбинированного препарата в одной таблетке периндоприла и амлодипина для лечения пациентов с артериальной гипертензией.

Как ни страшно преждевременное сосудистое старение, это не приговор.

Дело за малым: не проворонить тревожные симптомы и вовремя обратиться к врачу.

Уделите внимание сосудам!

Достигнув возраста 40 лет, держите в поле внимания свое сердце. К этому возрасту может «накопиться» избыточный вес, так как обменные процессы замедляются, физическая активность недостаточна, а привычки питания остаются прежними.

Из-за лишнего веса может повышаться уровень сахара и «плохого» холестерина в крови. Часто после сорока начинает регистрироваться повышенное артериальное давление.

А если до этого возраста вы так и не расстались с сигаретой, то риск развития инфаркта или инсульта в ближайшие пять лет очень велик.

Что же делать, чтобы отодвинуть эту неприятную точку как можно дальше? Для начала можно воспользоваться онлайн калькулятором риска JBS3, который позволяет рассчитать истинный возраст сердца и количество лет здоровой жизни до инсульта или инфаркта миокарда.

Для расчета рисков калькулятор использует данные о поле и возрасте человека, принадлежности к этнической группе, экологической обстановке в месте его проживания, а также ряд физиологических характеристик: индекс массы тела, наличие вредных привычек, уровень холестерина в крови и систолическое давление.

При введении данных пациент также проходит небольшой опрос на тему своего здоровья и некоторых заболеваний (ревматоидный артрит, хроническая почечная недостаточность, диабет, аритмия, гипертония).

Читайте также:
Сосудистая головная боль

В результате калькулятор показывает истинный возраст сердца испытуемого и наиболее вероятный возраст, до которого он может дожить с минимальным риском развития инсульта или инфаркта.

Калькулятор позволяет вносить коррективы в жизнь пациента. Например, если курящий человек перейдет в категорию тех, кто расстался со своей вредной привычкой, то его сердце «помолодеет», а шансы прожить долгую и здоровую жизнь возрастут.

Разработчики предупреждают, что программа не предназначена для постановки диагнозов и выписывания рецептов на основании полученных при ее использовании данных.

Так что, пока вы молоды, можно даже продлить свою жизнь, не прибегая к препаратам. Но нужно сделать следующие усилия:

· Увеличить свою физическую активность.

· Изменить пищевые привычки.

· Отказаться от курения табака.

· Знать свой уровень гликемии и холестерина.

· Измерить скорость распространения пульсовой волны.

Но если в результате обследования выявлены начальные поражения органов-мишеней, вариантов нет: следует начать медикаментозное лечение. Требуется подбор оптимальной терапии, при этом прием препаратов должен быть регулярным с обязательным выполнением всех рекомендаций доктора.

Владимир Шурупов

Фото depositphotos.com

Мнение автора может не совпадать с мнением редакции

Источник