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Statischer Nachweis von Anlagenbauteilen mit ANSYS

Simulative Auslegung nach AD 2000 im Anlagenbau

Branche: EnergieversorungFachgebiet: Strukturmechanik

AUSTRIAN ENERGY erstellt große Anlagen zur Energiegewinnung. Simulation hilft bei der optimalen Auslegung nach AD 2000 und bei der Materialeinsparung bei Dampferzeugern.

Zusammenfassung

Aufgabe

Für einen Dampferzeuger wurde die minimal notwendige Wandstärke eines Stutzenanschlusses an das Sammlerrohr gesucht, der als Designkriterium den erfolgreichen statischen Nachweis entsprechend den Bewertungs- und Auslegungsvorschriften nach den AD-Merkblättern (AD 2000) erbringt.

Lösung

Die Ermittlung der minimal notwendigen Wandstärke erfolgte mit Hilfe der Finiten Elemente Methode (FEM) innerhalb der ANSYS Workbench Umgebung.

Kundennutzen

Durch den parametrisierten Modellaufbau mit variablen Wandstärken ließ sich mit geringem Aufwand ein Design mit möglichst großer Materialersparnis (geringe Wandstärke) unter Beachtung der Bewertungsvorschriften finden.

Projektdetails

Aufgabe

Eine optimale Ausnutzung von Material spielt vor allem auch im Anlagenbau eine große Rolle, da sich hier zu große Wandstärken von Rohren, etc. sehr schnell finanziell bemerkbar machen. In der hier vorgestellten Aufgabe wurde die minimal notwendige Wandstärke eines Stutzenanschlusses an das Sammlerrohr eines Dampferzeugers (Kessel) gesucht. Das hierzu notwendige Designkriterium ist ein erfolgreicher statischer Nachweis entsprechend den Bewertungs- und Auslegungsvorschriften nach den AD-Merkblättern (AD 2000).


Nutzen für den Kunden

Mit Hilfe der FEM-Untersuchung konnte ein guter Überblick über die Beanspruchungssituation am untersuchten Stutzenanschluss gewonnen werden. Durch den parametrisierten Modellaufbau mit variablen Wandstärken ließ sich mit geringem Aufwand ein Design mit möglichst großer Materialersparnis (geringe Wandstärke) unter Beachtung der Bewertungsvorschriften finden.


Lösung

​Die Ermittlung der minimal notwendigen Wandstärke erfolgte mit Hilfe der Finiten Elemente Methode (FEM) innerhalb der ANSYS Workbench Umgebung. Als zu untersuchende Struktur wurde ein Ausschnitt des Sammlerrohrs und der daran angefügten Flossenwand mit dem entsprechend zu untersuchenden Stutzenanschluss gewählt. Die Schnittränder wurden mit realitätsnahen Randbedingungen versehen (periodische Randbedingungen).

Die Belastungsszenarien Innendruck und externe Lasten führen zu Verformungen und damit auch Beanspruchungen an der Nahtstelle zwischen Stutzen und Sammlerrohr. Diese Beanspruchungen können leicht im Sinne der AD-Merkblätter im Vergleich zu den Grenzwerten der Primärspannungen bewertet werden. Über eine iterative Anpassung der Wandstärken im Simulationsmodell ist eine Ermittlung der minimal zulässigen Konfiguration einfach möglich.


Leiter Unternehmenskommunikation

Produkt-Anwendungen im Projekt