Vibrații

Scopul principal al lucrării este acela de a analiza nivelele de vibrații, în principal pe vibraţiile cu amplitudini mari, ale conductelor spațiale cu diametre de 50-100 mm.

Scopul prioritar al prezentei lucrări este acela de a demontra posibilitatea de a analiza, şi modela matematic şi numeric fenomenele legate de vibraţiile mecanice care apar la sistemele complexe de conducte spaţiale. Intr-un cadru mai larg se au in vedere abordarea problemelor specifice tuturor studiilor de vibraţii de sisteme: problema pulsaţiilor proprii, problema modurilor proprii de vibaraţii, problema răspunsului dinamic al structurii. In prezenta lucrare este abordată numai problema determinarii pulsațiilor proprii și a modurilor proprii de vibrație folosind metoda seriilor de puteri.

CAPITOLUL 1

INTRODUCERE

Generalităţi

Conductele au o importanţă deosebită pentru buna funcţionare a instalaţiilor chimice energetice şi din centralele nucleare. Defecţiunile survenite la astfel de instalaţii pot provoca, adeseori, accidente grave care s-au soldat cu pierderi umane şi materiale deosebite. Pentru eliminarea unor astfel de evenimente, sistemele mecanice care conţin astfel de conducte, funcţie de regimurile de exploatare ale acestora, sunt supuse periodic unor programe de control şi monitorizare. In cadrul acestor activităţi o atenţie deosebită este acordată regimului de vibraţii.

Sistemele de conducte vibrează sub acţiunea factorilor funcţionali (mişcarea fluidului, pulsaţia presiunii) şi datorită trepidaţiilor transmise de la suporţii de rezemare sau de la maşinile şi instalaţiile la care sunt racordate. După cum se ştie, vibraţiile au efecte dăunătoare atât asupra structurii cât şi asupra mediului înconjurător şi a factorului uman.

Din cauza vibraţiilor, îmbinările cu flanşe şi racordurile îşi pierd în timp etanşeitatea, iar imbinările sudate pot ceda. De asemenea funcţionarea aparatelor de măsură şi control este perturbată de trepidaţiile conductelor pe care sunt montate, iar prin interacţiunea dinamică fluid-structură procesele tehnologic din instalaţii pot suferi transformări importante. Datorită vibraţiiilor, sistemele de rezemare ale acestora, solul de sub reazeme îşi modifică configuraţia iniţială pe baza cătreia s-au făcut calculele iniţiale ale reţelei. Propagarea vibraţiilor prin elementele de susţinere, fundaţii şi sol duce la poluarea mediului, cu efecte defavorabile asupra oamenilor, clădirilor, recipienţilor şi maşinilor din jur. Sunt influenţate de asemenea şi transmiterea de date colectate de sistemele de monitorizare, la distanţă

Poate cel mai important efect al vibraţiilor este acela că produc solicitări variabile care pot cauza depăşirea limitelor admisibile la oboseala ale materialului conductelor. Factorii care favorizează apariţia şi agravarea acestui fenomen sunt multipli: amplitudinea solicitărilor, prezenţa concentratorilor de tensiuni, condiţii speciale de funcţionare (presiune, temperatură, mediu coroziv etc). În anumite condiţii aceste situaţii pot conduce la ruperea conductelor şi a suporţilor.

Pentru evitarea efectelor nedorite amintite mai sus, este necesară o analiză a vibraţiilor acestor sisteme, care cuprinde următoarele aspecte:

- studiul vibraţiilor libere, pentru determinarea pulsaţiilor proprii de vibraţie şi a modurilor proprii ale structurii.

- studiul vibraţiilor forţate pentru stabilirea răspunsului dinamic al structurii la factorii perturbatori importanţi.

Modelarea sistemelor de conducte. Metode de studiu.

Un aspect important în analiza şi rezolvarea problemei de vibraţii la conducte îl constituie modelarea mecanică a sistemului analizat, şi apoi funcţie de aceasta adopatrea modelului matematic folosit în analiza teoretică a fenomenelor. Pentru definirea acestor modele trebuie cunoscute sau determinate:

- caracteristicile elastice ale sistemului şi distribuţia acestora

- caracteristicile masice ale sistemului şi distribuţia acestora

- caracteristicile elastice ale sistemelor de rezemare

- caracteristicile perturbaţiilor la care este supus sistemul analizat (forţe şi momente de excitaţie, amplitudinea şi locul unde acţionează).