Исследование и совершенствование метода диагностики вертикального стального резервуара с использованием технологии наземного лазерного сканирования

В рамках исследовательской работы на основе метода конечных элементов разработана методика оценки напряженно-деформированного состояния вертикальных стальных резервуаров с учетом действительного пространственного положения и реальной геометрической формы. Также, по итогу анализа аварийности и причин аварий вертикальных стальных резервуаров, было выявлено, что неравномерная осадка основания является одной из основных причин их разрушения.

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 16
Глава 1. Современное состояние исследуемой проблемы ………………………… 19
1.1. Общие сведения о вертикальных стальных резервуарах……………… 19
1.2. Анализ аварийности и причин аварий вертикальных стальных
резервуаров ………………………………………………………………………………………. 26
1.3. Методы расчета напряженно-деформированного состояния
резервуаров с учетом их пространственного положения и геометрической
формы ………………………………………………………………………………………………. 32
1.4. Анализ эффективности существующих методов определения
пространственного положения и геометрической формы …………………… 41
Глава 2. Разработка методики оценки напряженно-деформированного
состояния стенки резервуара методом конечных элементов ……………………… 49
2.1. Выбор метода оценки напряженно-деформированного состояния
стенки резервуара ……………………………………………………………………………… 49
2.2. Выбор конечного элемента. Аппроксимация стенки резервуара
конечными элементами …………………………………………………………………….. 53
2.3. Определение компонентов разрешающего уравнения для стенки
резервуара ………………………………………………………………………………………… 59
2.4. Расчет НДС стенки резервуара аналитическим и численным
методами ………………………………………………………………………………………….. 71
Глава 3. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение…………………………………………………………………………………… 89
3.1. Потенциальные потребители результатов исследования ……………… 90
3.2. Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……………………………………. 90
3.3. SWOT – анализ …………………………………………………………………………… 92
3.4. Планирование научно-исследовательских работ …………………………. 95
3.5. Определение pеcуpcoэффективнocти проекта ……………………………. 108
Глава 4. Социальная ответственность ……………………………………………………. 114
4.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности
4.2. Производственная безопасность ………………………………………………. 116
4.3. Анализ опасных и вредных производственных факторов ………….. 116
4.4. Экологическая безопасность ……………………………………………………. 125
4.5. Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………. 127
Заключение ……………………………………………………………………………………………. 130
Список использованной литературы ……………………………………………………….. 132
Приложение А ……………………………………………………………………………………….. 138

Представленный метод исследования конструкции резервуаров
заключающийся в использовании технологии наземного лазерного
сканирования, построение геометрической 3D модели, удовлетворяющей
реальной конструкции, и численное моделирование методом конечных
элементов, позволяет провести анализ надежности и долговечности
резервуаров.
Также, в ходе выполнения исследовательской работы:
1) Установлено, что неравномерная осадка в сочетании с дефектами
геометрической формы стенки оказывает основное влияние на изменение
напряженно-деформированного состояния резервуаров в процессе их
эксплуатации и является причиной порядка 33% всех случаев аварий
резервуаров.
2) Показано, что существующие методы расчета НДС резервуаров не
дат решения задачи оценки совместного воздействия действительного
пространственного положения и реальной геометрической формы стенки
резервуара на ее НДС, а ограничиваются только учетом пространственного
положения.
3) На основе метода конечных элементов разработана методика
оценки совместного влияния пространственного положения и действительной
геометрической формы резервуаров на его НДС по результатам наземного
лазерного сканирования. Теоретически обоснован выбор конечного элемента,
позволяющего наиболее эффективно и просто описать работу и
геометрическую форму стенки резервуара. В рамках методики разработаны
уравнения, позволяющие определить все неизвестные разрешающего
уравнения метода конечных элементов, такие как матрица жесткости
конечного элемента, вектор внешних узловых сил и т.д. Представлена
расчетная схема стенки резервуара.
4) Проведено сравнение результатов расчета НДС стенки
«идеального» резервуара объемом 10000 м3 аналитическим способом согласно
действующей НТД ГОСТ 31385-2016 и методом конечных элементов по
разработанной методике. Установлено, что максимальная разница
перемещений стенки в радиальном направлении составляет 2,86%. Данные
результаты подтверждают правильность разработанной методики, так как
отличие от аналитического решения не превышает 5%.