מסמכי רגולציה, תקנים לצינורות בין מאפיינים אחרים מדגישים את "הרגע" וה"רדיוס "של האינרציה. ערכים אלה חשובים בעת פתרון בעיות של קביעת מתחים במוצרים עם פרמטרים גיאומטריים מוגדרים או בעת בחירת העמידות הטובה ביותר לפיתול או לכיפוף. רדיוס הרגע והאינרציה של צינורות עגולים משמשים גם לחישוב חוזק המבנה.
היציבות של מבני צינורות פלדה תלויה באיך מחווני חוזק מחושבים נכון של מוצרי צינור
תוכן
תמצית תורת הכוח
תיאוריות חוזק משמשות להערכת ההתנגדות של מבנים כאשר הם נחשפים למתח נפחי או מישורי. משימות אלה מורכבות ביותר, שכן במקרה של לחץ מתח דו-טריאליאלי, יחסי הלחץ הטנגנטי והרגיל הם מגוונים מאוד.
התיאור המתמטי של מערכת ההשפעה - טנסור הלחץ - מכיל 9 רכיבים, ש 6 מהם אינם תלויים. ניתן לפשט את המשימה על ידי התחשבות לא בשישה, אלא בשלושה מתחים עיקריים. במקרה זה, יש צורך למצוא שילוב כזה ביניהם שיהיה מסוכן באותה מידה לדחיסה או הרחבה פשוטה, כלומר למצב לחץ ליניארי.
תמצית התיאוריות (קריטריונים, השערות) של חוזק מבוססת על קביעת ההשפעה השולטת של גורם מסוים ובחירת הלחץ המקביל המתאים, ואז השוואתו למתח חד-מיניסטי פשוט יותר.
בין הגורמים להופעת מצב מסוכן נמנים:
- מתח רגיל;
- עיוותים ליניאריים;
- לחץ גזירה;
- מתח אנרגיה וכו '.
כיפוף צנרת הוא גם סוג של עיוות; זה יכול להיות משני סוגים
המראה של עיוותים גדולים גדולים לחומרים רקיעיים וסדקים - לאלה שבירים נמצא על גבול אזור העיוות האלסטי. זה מאפשר להשתמש בנוסחאות בחישובים הנגזרים בתנאי תחולת החוק של הוק.
סוגי דפורמציה מבנית
לעתים קרובות צינורות בעלי צורות חתך שונות (מרובעים או עגולים) הם הבסיס לעיצובים שונים. עם זאת, הם יכולים להיות נתונים לאחת מההשפעות האפשריות הבאות:
- מתיחה;
- דחיסה
- גזירה;
- להתכופף;
- פיתול.
ללא קשר לחומר הביצוע, צינורות מטבעם אינם מוצרים נוקשים לחלוטין וניתן לעוות אותם תחת השפעת כוחות חיצוניים (כלומר, במידה מסוימת לשנות את הממדים ואת צורתם). בשלב מסוים נקודות מבניות עשויות לשנות את המיקום בחלל.
פתק! ניתן לתאר את קצב השינוי בגודל בעזרת עיוותים ליניאריים, ועיוותי צורה - צורה.
לאחר הפריקה, העיוותים יכולים להיעלם לחלוטין או חלקית. במקרה הראשון, הם נקראים אלסטיים, בשני - מפלסטיק או שיורי. המאפיין של הצינור לאחר הפריקה כדי לקחת את צורתו המקורית נקרא גמישות. אם ידועים עיוותים בכל הנקודות והתנאים של הידוק המוצרים, ניתן לקבוע את התנועות של כל האלמנטים המבניים לחלוטין.
לכל תכנון של צינורות עגולים יש תנאי קשיחות משלו
פעולה תקינה של מבנים מרמזת כי העיוותים בחלקים האישיים שלהם צריכים להיות אלסטיים, והעקירות שהם גורמים לא יעלו על ערכים מקובלים. דרישות כאלה המתבטאות במשוואות מתמטיות נקראות תנאי קשיחות.
מרכיבי התיאוריה של פיתול הצינור
תורת הפיתול של צינור עגול מבוססת על ההנחות הבאות:
- חתכים רוחביים של המוצר אינם גורמים ללחצים אחרים שאינם משיק;
- בעת סיבוב החלקים הרדיוס אינו מתכופף ונשאר שטוח.
בעת פיתול, החלק הימני יעבור סיבוב יחסית לשמאל בזווית dφ. במקרה זה, האלמנט האינסופי של הצינור mnpq ישתנה לפי הערך nn´ / mn.
בהשמטת חישובי הביניים, נוכל לקבל נוסחה שעל פיה נקבע מומנט:
Mk = GθIp,
כאשר G הוא המשקל; θ הוא זווית הפיתול היחסית שווה ל- dφ / dz; ה- Ip הוא רגע האינרציה (קוטבית).
נניח כי חתך רוחב הצינור מאפיין את הרדיוס החיצוני (r1) והפנימי (r2) ואת הערך α = r2 / r1. ואז ניתן לקבוע את הרגע (הקוטבי) של האינרציה על ידי הנוסחה:
Ip = (π r14/32)(1- α4).
אם החישובים מבוצעים עבור צינור דק דופן (כאשר α≥0.9), ניתן להשתמש בנוסחה משוערת:
Ip≈0.25π rav4t
בעיצובים מסוימים צינורות עשויים לעבור סוג של עיוות כמו פיתול.
כאשר rav הוא הרדיוס הממוצע.
מתחי הגזירה המתעוררים בחתך מופצים לאורך רדיוס הצינור על פי חוק לינארי. הערכים המקסימליים שלהם תואמים את הנקודות המרוחקות ביותר מהציר. עבור חתך טבעתי ניתן לקבוע את רגע ההתנגדות הקוטבי:
Wp≈0.2r13(1-α4).
הרעיון של רגע האינרציה של צינור עגול
רגע האינרציה הוא אחד המאפיינים של התפלגות מסת הגוף השווה לסכום התוצרים של הריבועים למרחקים של נקודות הגוף מהציר הנתון על ידי המוניהם. ערך זה תמיד חיובי ולא שווה לאפס. הרגע הצירי של האינרציה ממלא תפקיד חשוב בתנועת הסיבוב של הגוף ותלוי ישירות בהתפלגות המסה שלו ביחס לציר הסיבוב שנבחר.
ככל שיש לצינור יותר מסה וככל שהוא רחוק מאיזה ציר סיבוב דמיוני, כך שייך לו רגע האינרציה. הערך של כמות זו תלוי בצורה, במסה, בממדים של הצינור, כמו גם במיקום ציר הסיבוב.
הפרמטר חשוב בעת חישוב כיפוף של מוצר כאשר הוא מושפע מעומס חיצוני. הקשר בין גודל הסטייה לרגע האינרציה הוא ביחס הפוך. ככל שהערך של פרמטר זה גדול יותר, כך הסטייה תהיה קטנה יותר ולהיפך.
בעת החישוב, חשוב לקחת בחשבון פרמטרים של צינור כמו קוטר, עובי הקיר ומשקלו
אין להתבלבל בין המושג רגע האינרציה של הגוף ודמות שטוחה. הפרמטר האחרון שווה לסכום תוצרי המרחקים בריבוע מהנקודות השטוחות לציר הנבדק בשטחם.
מושג רדיוס האינרציה של הצינור
באופן כללי, רדיוס האינרציה של גוף סביב ציר איקס זה המרחק הזה אנישהריבוע שלה, כפול המסה של הגוף, שווה לרגע האינרציה שלו באותו ציר. כלומר, הביטוי הוגן
אניאיקס= מ אני2.
לדוגמה, עבור גליל ביחס לציר האורך שלו, רדיוס האינרציה הוא R√2 / 2, עבור כדור ביחס לכל ציר - R√2 / √5.
פתק! בהתנגדות לכיפוף אורך של צינורות, התפקיד העיקרי ממלא על ידי הגמישות שלו, וכתוצאה מכך, הערך הקטן ביותר של רדיוס האינרציה של הקטע.
ערכו של הרדיוס שווה גיאומטרית למרחק מהציר לנקודה בה יש צורך לרכז את כל מסת הגוף כך שרגע האינרציה בנקודה אחת זו שווה לרגע האינרציה של הגוף. הבחינו גם במושג רדיוס האינרציה של המקטע - המאפיין הגיאומטרי שלו, המחבר בין רגע האינרציה לאזור.
נוסחאות חישוב לכמה צורות פשוטות
לצורות חתך-רוחב שונות של מוצרים יש רגע ורדיוס שונים של אינרציה. הערכים התואמים ניתנים בטבלה (x ו- y הם הצירים האופקיים והאנכיים, בהתאמה).
שולחן 1
| צורת חתך | רגע האינרציה | רדיוס האינרציה |
| טבעתי (r1 - קוטר חיצוני, r2 - קוטר פנימי, α = r1 / r2) | גאיקס= יבשעה= πr24(1-α4)/64
או גאיקס= יבשעה.050.05 r24(1- α4) |
אניאיקס= אניבשעה= r2√ (r12+ r22)/4 |
| ריבוע דק קירות (b - הצד של הריבוע, t - עובי הקיר, t≤ b / 15) | גאיקס= יבשעה= 2b3t / 3 | אניאיקס= אניבשעה= t / √6 = 0.408 t |
| ריבוע חלול (b הוא הצד של הריבוע, b1 הוא הצד של החלל הפנימי של הכיכר) | גאיקס= יבשעה= (ב4-b14)/12 | אניאיקס= אניבשעה= 0.289√ (ב2+ b12) |
| מלבן חלול, ציר ה- x מקביל לצד הקטן יותר (a הוא הצד הגדול יותר של המלבן, b הוא הצד הקטן יותר, a1 הוא הצד הגדול יותר של החלל הפנימי של המלבן, b1 הוא הצד הקטן יותר של החלל הפנימי) | גאיקס= (ba3-b1a13)/12
גבשעה= (ab3-a1b13)/12 |
אניאיקס= √ ((ab3-a1b13) / (12 (ba-a1b1))
אניבשעה= √ ((ba3-b1a13) / (12 (ba-a1b1)) |
| מלבן דק עם קירות, ציר ה- x מקביל לצד הקטן יותר (t הוא עובי הקיר של הדמות, h הוא הצד הגדול יותר, b הוא הצד הקטן יותר) | גאיקס= ה3(3b / h + 1) / 6
גבשעה= tb3(3h / b + 1) / 6 |
אניאיקס= 0.289h√ ((3b / h + 1) / (b / h + 1))
אניבשעה= 0.289b√ ((3h / b + 1) / (h / b + 1)) |
תכונות של סטיה של מוצרים
כיפוף הוא סוג של טעינה שבמהלכה מופיעים רגעי כיפוף בחתכי הצינור (מוט). סוגים של כיפוף נבדלים:
- נקי;
- רוחבי.
בצינור כפוף, השכבה החיצונית במצב מתוח, והפנימית במצב דחוס
הסוג הראשון של הכיפוף מתרחש כאשר גורם הכוח היחיד הוא רגע הכיפוף, השני כאשר הכוח הרוחבי מופיע יחד עם רגע הכיפוף. כאשר העומסים נמצאים במישור סימטריה כלשהו, אז בתנאים כאלה הצינור חווה עיקול ישר ושטוח. במהלך הכיפוף עוברים הסיבים, שנמצאים בצד הקמור, מתח ועם הצד הקעור, תחת דחיסה. יש גם שכבה מסוימת של סיבים שלא משנים את האורך המקורי. הם נמצאים בשכבה הנייטרלית.
פתק! הנקודות המרוחקות ביותר מהציר הנייטרלי נתונות בלחץ מתיחה או דחיסה הגדול ביותר.
אם הסיבים ברווחים בשעה משכבה נייטרלית עם רדיוס של עקמומיות μ, אז האורך היחסי שלה שווה ל- у / μ. באמצעות החוק של הוק והשמטת כל חישובי הביניים, אנו משיגים את הביטוי למתח:
σ = yMאיקס/ אניאיקס,
איפה Mאיקס - רגע כיפוף, אניאיקס הוא רגע האינרציה הקשורה ל- iאיקס (רדיוס האינרציה של הצינור (ריבוע, עגול)) ביחס iאיקס= √ (אניאיקס/ א), א 'הוא האזור.
תקן בדיקת חוזק צינור
מסמכי תקינה מגדירים שיטות לחישוב צינורות לרטט, השפעות סייסמיות וחוזק. לדוגמה, GOST 32388 משנת 2013 מרחיב את השפעתו לצינורות טכנולוגיים שפועלים תחת לחץ, לחץ חיצוני או ואקום ועשוי מסגסוגת, פלדת פחמן, נחושת, טיטניום, אלומיניום וסגסוגותיהם.
התקן חל גם על צינורות העשויים פולימרים עם טמפרטורות של עד מאה מעלות ולחץ (עובד) עד 1000 ק"פ, המובילים חומרים גזים ונוזלים.
המסמך מגדיר את הדרישות למציאת עובי הקיר של הצינורות בהשפעת לחץ פנימי וחיצוני מוגזם. בנוסף, נקבעות שיטות לחישוב היציבות והחוזק של צינורות כאלה. GOST מיועד לאנשי המקצוע שמבצעים הקמה, תכנון או שחזור של כבישים מהירים טכנולוגיים של גז, זיקוק נפט, כימיה, פטרוכימיה ותעשיות קשורות אחרות.
עמידות ויציבות הצינור הם אינדיקטורים חשובים לאיכות המוצר ועמידותו. חישובי הפרמטרים המגדירים מאפיינים כאלה הם מסורבלים ומורכבים.
