ALGOR: Integrated Plant Package -IPP

de Dan COSTESCU si Bogdan GHEORGHE

Software-ul ingineresc ALGOR, s-a situat întotdeauna în afara granitelor conventionale atât conceptual cât si prin modul practic de implementare si dialog cu utilizatorul. Integrated Plant Package nu face nici el exceptie, declarându-si această intentie prin sloganul său promotional: “Go Beyond Conventional Piping System Analysis”. Dovada că acest slogan a fost transpus cu succes în practică este numărul mare de licente vândute de la lansare, care au instalat IPP comod în fotoliul de lider în domeniu. Acest lucru nu a surprins însă pe nimeni, date fiind conditiile în care s-a născut produsul. Conducătorul compartimentului de dezvoltare IPP este Anthony Paulin, părintele calculului computerizat al sistemelor de conducte, până nu de mult dezvoltatorul lui Caesar II.

Având ca bază de plecare PipePak - ALGOR, recunoscut pentru flexibilitatea si usurinta modelării, si adăugând la acesta câteva din modulele generale de calcul cu elemente finite, ale firmei, Anthony Paulin consideră că a realizat primul pachet cu adevărat complet pentru calculul instalatiilor industriale. Aceasta înseamnă că utilizatorul poate rezolva în întregime orice gen de problemă de instalatii fără a părăsi mediul integrat, IPP beneficiind în acelasi timp de o deschidere totală către produse similare din care poate prelua modele în scopul realizării unor analize îmbunătătite.

IPP lucrează foarte bine si cu produsele CAD consacrate. O colaborare specială este cea cu programul AutoCAD unde problema schimbului de fisiere este rezolvată complet. Mai mult decât atât, IPP are biblioteci de simboluri pentru uzul propriu, în formatul standard AutoCAD “.dwg”.

Ideea de a crea un produs CAE ca pe o continuare firească a unui produs CAD, a fost foarte bine primită de către utilizatorii care simteau nevoia de a depăsi fără efort nivelul simplei proiectări si de a putea testa si analiza, în diferite stadii de dezvoltare, sistemele industriale propuse.

PipePak - Pachet pentru proiectarea si analiza sistemelor de conducte

PipePak este un sistem destinat proiectării si analizei structurale a sistemelor de conducte, permitând utilizatorului personalizarea stilului de proiectare. Se pot utiliza pentru modelare: modulul CAD Superdraw II parte a Integrated Plant Package Homebase, interfata tabelară clasică a lui PipePak sau orice combinatie între acestea două. Indiferent de metoda de modelare aleasă, timpul necesar este redus iar modelele pot fi transferate direct in FE / Pipe sau BOS Fluids.

Posibilităti de modelare si analiză:

• încărcări simultane si multiple: presiune, temperatură, deplasare, vânt si seism;
• compensatori de dilatare, reductii, pretensionări, armături, flanse, intersectii (“T”-uri);
• selectia automată a arcurilor;
• analiza "în dispozitiv" a flanselor, reductiilor si echipamentelor rotative;
• prezentare grafică reală (randare) a sistemelor de conducte;
• suporti neliniari cu joc si frecare;
• exportul modelelor PipePlus în FE/Pipe sau BOS Fluids în vederea analizei cu elemente finite a unor concentratori din structură sau pentru analiza curgerii fluidelor;
• verificarea conformitătii cu următoarele coduri: ANSI B31.1, B31.3, B31.4, B31.8, ASME clasele 2 si 3, codul Britanic 806;
• rapoarte pentru echipamente rotative pentru API 610, API 617 si NEMA 23;
• modelarea sistemelor de conducte din plastic ranforsate cu fibră de sticlă;
• cazuri de încărcare cu deplasări impuse multiple;
• solicitări de săltare si de ruliu pentru sisteme îmbarcate;
• manager pentru bibliotecile de materiale, arcuri, vânt, spectre seismice, armături si dimensiuni de conducte, toate având posibilitatea de a fi îmbogătite cu noi înregistrări;

Programul de analiză PipePlus este cuplat cu procedurile ALGOR de minimizare a lătimii de bandă si de rezolvare a sistemelor de ecuatii. În acest fel problemele de analiză a sistemelor de ecuatii pot fi rezolvate în câteva secunde. Facilitătile de modelare a neliniaritătilor permit utilizatorului să depăsească bariera suportilor idealizati.

Pot fi definiti suporti speciali:

• blocaj unisens - blochează gradul de libertate doar pentru unul din sensuri (de ex. rezemarea simplă);
• suport cu joc (limitator) - permite deplasarea conductei pe o anumită distantă până când suportul devine activ;
• suport cu frecare - ia în considerare frecarea dintre suport si conductă;

PipePlus permite afisarea rezultatelor atât sub formă de rapoarte cât si într-o manieră grafică usor de interpretat. Pot fi tipărite atât pe ecran cât si la imprimantă deformatiile, fortele, momentele, spectrul de tensiuni mecanice si modurile proprii de vibratie.

FE/Pipe permite proiectarea si analiza acelor componente ale sistemelor care sunt supuse unor solicitări critice si pentru care modelarea cu elemente finite de tip conductă (pipe) nu mai dă satisfactii. Automatizarea proiectării este obtinută prin combinarea tehnologiilor avansate de calcul cu elemente finite, cu verificările după standardele ASME. În FE/Pipe modelul se defineste folosind terminologia specifică proiectării sistemelor de conducte: diametre, grosimi etc. Alternativa o constituie importarea modelului direct din IPP Homebase.

Se pot dimensiona diferite componente atât după metodele traditionale cât si după metodele moderne:

• WRC107 si WRC297;
• N318 si N392 pentru picioare si butoane;
• calcule pentru reparatiile (înlocuirile) zonelor deteriorate;
• calculul temperaturilor în articulatiile tuburilor flexibile;
• estimator pentru parametrii schimbului de căldură prin convectie (film coefficient);
• poate testa conformitatea proiectelor cu standardele ASME Section VIII Division 2 si cu NB3200 (Class 1):
• Appendix 4 si 5 - postprocesoare pentru tensiuni primare, secundare si maxime;
• Appendix 5 - biblioteci continând curbe de andurantă
• Appendix 4-930
• TEMA RCB-7.24 si ASME Section VIII Division 1 Appendix A

FE/Pipe calculează automat SIF-urile, încărcările admisibile si rigiditătile pentru stuturile amplasate pe cilindri, conuri sau capace. Se pot determina deplasările si tensiunile în regim static, frecventele proprii si modurile proprii de flambaj. Se poate studia comportamentul termic în regim stationar si tranzitoriu în conditiile modificării geometriei componentelor care suportă aceste regimuri (de ex. schimbătoare de căldură)

FE/Pipe are biblioteci impresionante ca mărime pentru diverse elemente standardizate care intră în componenta sistemelor de conducte. Modelele bazate pe aceste elemente standardizate sunt automat translatate în modele cu elemente finite de tip placă (shell) în vederea analizării:

• analiza intersectiilor neranforsate sau ranforsate cu inel, la intersectii sudate;
• coturi cu suport;
• analiza la seism a vaselor orizontale montate în suporti tip sa;
• clame, suporti mobili si alte atasamente la sistemele de conducte si de vase;

Sunt incluse aici o mare varietate de elemente care fac obiectul unor modelări si analize speciale:

• analiza stuturilor multiple aplicate pe cilindri, sfere, capace curbe sau plate, conice si capace excentrice;
• modelarea automată a suportilor, seilor pentru vase, flanselor, atasamentelor sudate, butoanelor sau stuturilor sudate drept sau înclinat;
• aplicarea automată a încărcărilor datorate fluidului, izolatiei si vântului;
• combinarea diverselor componente într-un ansamblu pe care apoi îl analizează;
• accesarea PipePak pentru determinarea intersectiilor între bare si plăci si pentru determinarea rigiditătilor reale ale stuturilor.

Foloseste elemente finite cu 8 noduri, pentru a modela zonele de intersectie având diverse solutii de consolidare si orice valori pentru rapoartele d/D si D/T. Include biblioteci WFI de fitinguri care pot fi discretizate automat în elemente finite spatiale. În plus este valorificată experienta programului de teste al WFI în modele de stuturi, fitinguri, ranforsări etc.

Modelează stuturi dispuse în partea de jos a rezervoarelor, cu sau fără conducte atasate. Se poate simula umplerea rezervoarelor la orice nivel studiindu-se efectul asupra rotirii stuturilor. Se poate simula orice mod de asezare a rezervoarelor. Se pot conecta sisteme de conducte create în PipePak cu rezervoare create în FE/Pipe.

Modelează orice tip de flansă si orice tip de încărcare specifică acestui element. Are optiuni pentru flanse plate, blinduri si bolturile flanselor.

Poate studia starea plană de tensiuni si de deformatii. Are atasat modulul pentru calculul tensiunilor sectionale după codul ASME în vederea determinării tensiunilor de încovoiere si membrană în zona intersectiilor.

Suportă modele cu simetrie axială.

Se fac analize dinamice si de flambaj pentru modele avansate incluzând conducte si vase.

BOS Fluids - Curgerea Fluidelor în regim stationar si tranzitoriu

BOS Fluids este primul simulator pentru regimurile stationar si tranzitoriu de curgere a fluidelor, destinat inginerilor care doresc evaluări rapide ale proiectelor. BOS Fluids este usor de folosit, inteligent si are o interfată grafică puternică. Pachetul software conduce utilizatorul de-a lungul modelării si analizei, plecând de la un set minimal de date de intrare, pe care si-l va completa pe parcurs, în diferite etape ale procesului.

BOS Fluids este supranumit “Fluid Flow from What You Know” deoarece, spre deosebire de celelalte programe cu elemente finite care studiază curgerea fluidelor, el necesită foarte putine date de intrare din partea utilizatorului. Restul mărimilor sunt adoptate automat astfel încât să rezulte o configuratie consistentă a sistemului studiat. Dacă totusi, datele initiale nu sunt suficiente programul va solicita informatii suplimentare. Alte noutăti pe care le aduce BOS Fluids sunt: discretizarea automată în elemente finite si efectuarea unei analize de evaluare a sistemului, ambele fiind transparente pentru utilizator. Discretizarea rezultată este de bună calitate si permite împreună cu rezultatele analizei de evaluare, efectuarea unei simulări foarte exacte a spectrului de forte în fiecare nod si cot al sistemului de conducte.

Multe din simulările fenomenelor de curgere trebuie realizate asupra unor sisteme pentru care analistul nu are suficiente informatii despre pompe si valve, dar pentru care este necesară determinarea proximitătii acestor sisteme fată de posibilele situatii critice. BOS Fluids este în stare să-si constituie singur aceste seturi de date de pornire, pe care le va îmbunătăti în fazele următoare ale analizei, si cu ajutorul utilizatorului, care între timp a ajuns să “simtă” sistemul. Ultima analiză din lantul de tatonări va pleca de la o caracteristică mult îmbunătătită de pompare si în consecintă rezultatele vor avea un nivel de încredere crescut.

Într-un astfel de sistem debitul, temperaturile, presiunile, lungimile si configuratiile în general, se schimbă în permanentă. BOS Fluids permite determinarea influentelor acestor schimbări asupra functionării generale a sistemului de conducte. În anumite situatii un regim de închidere de 20 secunde poate fi apreciat ca “rapid”. În alte cazuri un regim de închidere al valvelor de 20 milisecunde este “lent”. Totul depinde de geometria sistemului de conducte. Exact această dependentă este evaluată de BOS Fluids.

Folosirea acestui gen de conducte este foarte avantajoasă sub aspect economic, însă problemele tehnice care însotesc de obicei introducerea lor sunt în măsură să descurajeze pe multi dintre potentialii utilizatori. Dificultătile sunt în general cauzate de presiunile mari care apar pe circumferintă pentru diferite regimuri tranzitorii. BOS Fluids oferă o solutie elegantă, permitând prin facilitătile sale de simulare, stabilirea limitelor în care trebuie aduse fenomenele tranzitorii prea “nervoase”.

Rezultatele analizei

Rezultatele sunt presiuni, forte si viteze, prezentate tabelar sau sub formă grafică. Sunt disponibile diagrame time-history sau grafice bi- sau tri-dimensionale unde sunt reprezentate valorile maxime, minime sau critice. În cazul fenomenelor tranzitorii de curgere este efectuată o analiză spectrală, reprezentarea rezultatelor fiind făcută împreună cu amplitudinea fortei. Această idee de reprezentare permite utilizatorului să evalueze gradul de periculozitate pe care un anumit regim îl induce într-un sistem. După ce analistul revede componentele spectrale majore generate de încărcările respective (de obicei acestea sunt frecventele de excitatie) va decide dacă ele sunt suficient de apropiate de frecventele proprii ale structurii mecanice analizate. În caz afirmativ solutia o reprezintă modificarea ansamblului de suporti ai sistemului, modificare pentru care se folosesc direct rezultatele analizei spectrale anterioare.

• pornirea si oprirea pompelor;
• deschiderea si închiderea valvelor;
• oscilatii armonice ale frontului fluidului si debitului;
• oscilatii time-history ale frontului fluidului si debitului;
• aparate tip-coloană;
• efecte ale regimurilor stationare si tranzitorii;

Homebase - Realizează „integrarea“ modulelor specializate, într-un sistem unitar

Homebase este cheia de boltă a lui Integrated Plant Package. Modulul este o combinatie între o interfată inteligentă Roadmaps“, un pachet CAD puternic „Superdraw II“ si un translator din format CAD în format Pipe. Datorită acestei structuri, care detine controlul general inclusiv asupra celor trei module specializate de analiză, proiectarea si analiza sistemelor de conducte începe si se termină în Homebase.

Devenit o prezentă continuă în componenta ALGOR, Roadmaps este o interfată care nu putea să lipsească din Integrated Plant Package. Acest ghid grafic este o cale sigură si usoară de a învăta si folosi din plin facilitătile IPP. Interfata Roadmaps este de fapt o diagramă activă de proces care îndrumă utilizatorul pe durata proiectării si analizei sistemului de conducte asigurând integrarea tuturor componentelor IPP. Help-ul contextual poate furniza ecrane de instructiuni, alternative de dezvoltare sau avertismente eliminând astfel directiile defectuoase si timpii morti în procesul de proiectare.

Calea cea mai scurtă de a modela sistemele de conducte este acest produs CAD identic cu cel folosit de programele generale cu elemente finite ALGOR. Pentru utilizatorii AutoCAD, Superdraw II este o surpriză plăcută prin modul direct si exact în care asigură importul/exportul dinspre si către acest program. Modelarea conductelor si coturilor se face simplu prin linii si arce. Coturile pot fi create automat la intersectiile liniilor. Diferite componente ale sistemului pot fi adăugate doar cu câteva “click”-uri ale mouse-lui. Acestea pot fi selectate din biblioteci de valve, flanse, reductii, “T”-uri, suporti, ancorări. Simbolurile componentelor (stocate în fisiere .dwg) pot fi afisate cu sau fără specificatiile ingineresti aferente. Utilizatorul poate manipula conceptele de layere, grupuri si culori pentru a introduce date specifice conductelor, proprietăti de material si respectiv încărcări termice si de presiune.

Acest modul converteste automat modelele CAD create sau importate în Superdraw II în entităti prelucrabile în Integrated Plant Package.

Integrarea IPP cu Produsele Algor pentru Analiză cu Elemente Finite

Beam Design Editor

Beam Design Editor este calea cea mai simplă si mai rapidă pentru combinarea structurilor din bare si grinzi cu sistemele de conducte. Sunt disponibile biblioteci de sectiuni AISC pentru bare sau se pot defini propriile biblioteci.

Accupak este alegerea cea mai bună pentru analiza neliniară a componentelor FE/Pipe, unde pot apărea deformatii plastice, neliniarităti de material, analiza de “creeping” etc. (de ex. Accupak poate determina deformatiile plastice maxime)

IPP este însotit de un excelent kit educational multimedia “IPP: THE DEMO” disponibil atât pe casetă video cât si pe CD-ROM.

(C) Copyright Computer Press Agora