Details

Работа посвящена моделированию способов компенсации температурных расширений в разъёмных соединениях сосудов под давлением. Объект исследования — крышечные и фланцевые соединения сосудов высокого давления, применяемые в автоклавной технике. Цель работы — сравнительная оценка конструктивных решений по критериям прочности, герметичности и устойчивости преднатяга шпилек при циклическом термосиловом нагружении. В работе использованы методы трёхмерного проектирования и конечно-элементного моделирования в пакетах SolidWorks и ANSYS. Рассмотрены четыре типа разъёмных соединений, отличающиеся формой крышки и принципом герметизации. В моделях учитывались температурно-зависимые свойства материалов, контактное взаимодействие деталей, предварительная затяжка шпилек, а также циклы нагрева, охлаждения, приложения и сброса давления. Получены распределения температур, эквивалентных напряжений, контактного давления, пластических деформаций и усилий в шпильках. Установлено, что сферическая крышка и самоуплотняющиеся конструкции обеспечивают более стабильную герметизацию и более высокие допустимые рабочие давления. Показано, что предварительный прогрев шпилек повышает остаточный натяг и снижает риск раскрытия стыка. Результаты работы могут быть использованы при проектировании затворов сосудов высокого давления и назначении параметров затяжки крепежа.

The master’s thesis is devoted to modeling methods for compensating thermal expansion in detachable joints of pressure vessels. The object of the study is lid and flange joints used in high-pressure autoclave equipment. The aim of the work is to compare design solutions with respect to strength, leak tightness, and bolt preload stability under cyclic thermo-mechanical loading. The study is based on three-dimensional design and finite element modeling performed in SolidWorks and ANSYS. The calculations were carried out using the Transient Thermal and Static Structural modules. Four joint designs differing in lid geometry and sealing principle were considered. The models included temperature-dependent material properties, contact interaction, bolt pretension, and repeated cycles of heating, cooling, pressure application, and unloading. The results include temperature fields, equivalent stresses, contact pressure, plastic strains, and bolt forces. It was found that a spherical lid and self-sealing designs provide more stable sealing and allow higher operating pressure. Preliminary bolt heating improves residual preload and reduces the risk of joint opening. The results can be used in the design of high-pressure vessel closures and in defining bolt tightening parameters.