Normatīvie dokumenti, cauruļu standarti un citas pazīmes izceļ inerces "momentu" un "rādiusu". Šīs vērtības ir svarīgas, risinot problēmas ar spriegumu noteikšanu izstrādājumos ar noteiktiem ģeometriskiem parametriem vai izvēloties vislabāko izturību pret vērpi vai liekšanos. Konstrukcijas stiprības aprēķināšanai izmanto arī apaļo cauruļu momentu un inerces rādiusu.
Tērauda cauruļu konstrukciju stabilitāte ir atkarīga no tā, cik pareizi aprēķināti cauruļu izstrādājumu stiprības rādītāji
Saturs
Spēka teorijas būtība
Stiprības teorijas tiek izmantotas, lai novērtētu konstrukciju pretestību, kad tās pakļautas tilpuma vai plaknes spriegumam. Šie uzdevumi ir ļoti sarežģīti, jo biaksiālā, triaksiālā stresa stāvokļa gadījumā sakarības starp pieskares un normālo spriegumu ir ļoti dažādas.
Ietekmes sistēmas matemātiskajā aprakstā - stresa tensors - ir 9 komponenti, no kuriem 6 ir neatkarīgi. Uzdevumu var vienkāršot, ņemot vērā nevis sešus, bet trīs galvenos uzsvarus. Šajā gadījumā ir jāatrod tāda kombinācija, kas būtu vienlīdz bīstama vienkāršai saspiešanai vai pagarināšanai, t.i., lineāram sprieguma stāvoklim.
Stiprības teoriju (kritēriju, hipotēžu) būtība ir balstīta uz konkrētā faktora dominējošās ietekmes noteikšanu un atbilstoša ekvivalenta stresa izvēli, un pēc tam salīdzināšanu ar vienkāršāku vienaaksiālo spriegumu.
Starp bīstama stāvokļa rašanās cēloņiem var minēt:
- normāli spriegumi;
- lineāras deformācijas;
- bīdes spriegumi;
- celma enerģija utt.
Cauruļu liekšana ir arī deformācijas forma, tā var būt divu veidu
Kaļamo materiālu un plaisu lielo atlikušo deformāciju parādīšanās - trauslām - ir uz elastīgās deformācijas apgabala robežas. Tas ļauj aprēķinos izmantot formulas, kuras tiek iegūtas Hooke likuma piemērošanas apstākļos.
Konstrukciju deformācijas veidi
Bieži vien dažādu dizainu pamatā ir dažādu šķērsgriezuma formu (kvadrātveida vai apaļas) caurules. Tomēr tos var pakļaut vienam no šiem iespējamiem efektiem:
- stiepjas;
- saspiešana
- bīdes;
- locīt;
- vērpes.
Neatkarīgi no izpildes materiāla caurules pēc savas būtības nav absolūti stingri izstrādājumi un ārēju spēku ietekmē tās var deformēties (t.i., zināmā mērā mainīt to izmērus un formu). Kādā brīdī struktūras punkti var mainīt pozīciju telpā.
Piezīme! Izmēru izmaiņu ātrumu var aprakstīt, izmantojot lineāras deformācijas, un formas - bīdes deformācijas.
Pēc izkraušanas deformācijas var pilnībā vai daļēji izzust. Pirmajā gadījumā tos sauc par elastīgiem, otrajā - par plastmasas vai atlikumiem. Caurules īpašību pēc izkraušanas, lai tā iegūtu sākotnējo formu, sauc par elastību. Ja ir zināmas deformācijas visos izstrādājumu stiprināšanas punktos un apstākļos, tad ir iespējams noteikt absolūti visu konstrukcijas elementu kustības.
Jebkuram apaļo cauruļu dizainam ir savi stingrības nosacījumi
Normāla konstrukciju darbība liek domāt, ka tās atsevišķo daļu deformācijām jābūt elastīgām, un to radītie pārvietojumi nedrīkst pārsniegt pieļaujamās vērtības. Šādas prasības, kas izteiktas ar matemātiskiem vienādojumiem, sauc par stinguma nosacījumiem.
Caurules vērpes teorijas elementi
Apļveida caurules vērpes teorija balstās uz šādiem pieņēmumiem:
- izstrādājuma šķērsgriezumi neizraisa citus spriegumus, izņemot pieskari;
- pagriežot šķērsgriezumus, rādiuss neliecas, paliekot līdzens.
Griežot, labā daļa tiks pagriezta attiecībā pret kreiso leņķi dφ. Šajā gadījumā caurules mnpq bezgalīgais elements mainīsies par vērtību nn´ / mn.
Ja netiek veikti starpposma aprēķini, mēs varam iegūt formulu, pēc kuras nosaka griezes momentu:
Mk = GθIp,
kur G ir svars; θ ir relatīvais pagrieziena leņķis, kas vienāds ar dφ / dz; Ip ir inerces (polārā) brīdis.
Pieņemsim, ka caurules šķērsgriezums raksturo ārējo (r1) un iekšējo (r2) rādiusu un vērtību α = r2 / r1. Tad inerces momentu (polāro) var noteikt pēc formulas:
Ip = (π r14/32)(1- α4).
Ja aprēķinus veic plānsienu caurulei (kad α≥0,9), var izmantot aptuvenu formulu:
Ip≈0.25π rav4t
Dažos projektos caurulēm var būt tāda veida deformācija kā vērpes.
kur grava ir vidējais rādiuss.
Bīdes spriegumi, kas rodas šķērsgriezumā, tiek sadalīti pa caurules rādiusu saskaņā ar lineāru likumu. To maksimālās vērtības atbilst punktiem, kas ir vistālāk no ass. Gredzenveida šķērsgriezumam var noteikt arī polāro pretestības momentu:
Wp≈0.2r13(1-α4).
Apaļas caurules inerces momenta jēdziens
Inerces moments ir viens no ķermeņa masas sadalījuma raksturlielumiem, kas vienāds ar ķermeņa punktu attālumu no dotās ass kvadrātu reizinājumu summu pēc to masām. Šī vērtība vienmēr ir pozitīva un nav vienāda ar nulli. Inerces aksiālajam momentam ir liela nozīme ķermeņa rotācijas kustībā un tas ir tieši atkarīgs no tā masas sadalījuma attiecībā pret izvēlēto griešanās asi.
Jo lielāka ir caurules masa un jo tālāk tā atrodas no kādas iedomātas griešanās ass, jo lielāks inerces moments tai pieder. Šī daudzuma vērtība ir atkarīga no caurules formas, masas, izmēra, kā arī no rotācijas ass stāvokļa.
Parametrs ir svarīgs, aprēķinot izstrādājuma saliekumu, kad to ietekmē ārēja slodze. Saistība starp novirzes lielumu un inerces momentu ir apgriezti proporcionāla. Jo lielāka ir šī parametra vērtība, jo mazāka būs novirze un otrādi.
Aprēķinot, ir svarīgi ņemt vērā cauruļu parametrus, piemēram, diametru, sienas biezumu un svaru
Ķermeņa inerces un plakanas figūras jēdzienu nevajadzētu sajaukt. Pēdējais parametrs ir vienāds ar summu, ko veido to kvadrātu attālumu summa no plakaniem punktiem līdz asij, uz kuru attiecas to platība.
Caurules inerces rādiusa jēdziens
Kopumā ķermeņa inerces rādiuss ap asi x Vai tas ir attālums ikura kvadrāts, reizināts ar ķermeņa masu, ir vienāds ar tā inerces momentu ap to pašu asi. Tas ir, izteiciens ir taisnīgs
Esx= m i2.
Piemēram, cilindram attiecībā pret tā garenisko asi inerces rādiuss ir R√2 / 2, lodei attiecībā pret jebkuru asi - R√2 / √5.
Piezīme! Izturībā pret cauruļu garenisko liekšanu galveno lomu spēlē tās elastība un attiecīgi sekcijas inerces rādiusa mazākā vērtība.
Rādiusa vērtība ir ģeometriski vienāda ar attālumu no ass līdz punktam, kurā nepieciešams koncentrēt visu ķermeņa masu tā, lai inerces moments šajā vienā punktā būtu vienāds ar ķermeņa inerces momentu. Izdaliet arī sekcijas inerces rādiusa jēdzienu - tā ģeometrisko raksturlielumu, kas savieno inerces momentu un apgabalu.
Dažu vienkāršu formu aprēķināšanas formulas
Dažādām izstrādājumu šķērsgriezuma formām ir atšķirīgs moments un inerces rādiuss. Atbilstošās vērtības ir norādītas tabulā (attiecīgi x un y ir horizontālā un vertikālā ass).
1. tabula
| Sekcijas forma | Inerces moments | Inerces rādiuss |
| Gredzenveida (r1 - ārējais diametrs, r2 - iekšējais diametrs, α = r1 / r2) | Džx= Jplkst= πr24(1-α4)/64
vai Džx= Jplkst.050.05 r24(1- α4) |
ix= iplkst= r2√ (r12+ r22)/4 |
| Plāns sienas kvadrāts (b - kvadrāta puse, t - sienas biezums, t≤ b / 15) | Džx= Jplkst= 2b3t / 3 | ix= iplkst= t / √6 = 0,408t |
| Dobs kvadrāts (b ir kvadrāta puse, b1 ir kvadrāta iekšējā dobuma puse) | Džx= Jplkst= (b4-b14)/12 | ix= iplkst= 0,289√ (b2+ b12) |
| Dobs taisnstūris, x ass ir paralēla mazākajai pusei (a ir taisnstūra lielāka puse, b ir mazāka puse, a1 ir taisnstūra iekšējā dobuma lielāka puse, b1 ir iekšējā dobuma mazāka puse) | Džx= (ba3-b1a13)/12
Džplkst= (ab3-a1b13)/12 |
ix= √ ((ab3-a1b13) / (12 (ba-a1b1))
iplkst= √ ((ba3-b1a13) / (12 (ba-a1b1)) |
| Plānsienu taisnstūris, x ass ir paralēla mazākajai pusei (t ir attēla sienas biezums, h ir lielāka puse, b ir mazāka puse) | Džx= th3(3b / h + 1) / 6
Džplkst= tb3(3h / b + 1) / 6 |
ix= 0,289 h√ ((3b / h + 1) / (b / h + 1))
iplkst= 0,289 b√ ((3 h / b + 1) / (h / b + 1)) |
Izstrādājumu novirzes iezīmes
Liekšana ir slodzes veids, kura laikā caurules (stieņa) šķērsgriezumos parādās lieces momenti. Izšķir šādus saliekuma veidus:
- tīrs;
- šķērsvirzienā.
Saliektā caurulē ārējais slānis ir izstieptā stāvoklī, bet iekšējais - saspiestā stāvoklī
Pirmais lieces veids rodas, kad vienīgais spēka faktors ir lieces moments, otrais, kad šķērsvirziena spēks parādās kopā ar lieces momentu. Ja kravas atrodas jebkurā simetrijas plaknē, šādos apstākļos caurule piedzīvo taisnu plakanu līkumu. Liekšanas laikā šķiedras, kas atrodas izliektajā pusē, tiek saspiestas un ar ieliektu pusi saspiestas. Ir arī kāds šķiedru slānis, kas nemaina sākotnējo garumu. Tie atrodas neitrālā slānī.
Piezīme! Punkti, kas atrodas vistālāk no neitrālās ass, ir pakļauti vislielākajai stiepes vai spiedes slodzei.
Ja šķiedra atrodas ar atstarpi plkst no neitrāla slāņa ar izliekuma rādiusu μ, tad tā relatīvais pagarinājums ir vienāds ar у / μ. Izmantojot Hooke likumu un izlaižot visus starpposma aprēķinus, iegūstam sprieguma izteiksmi:
σ = yMx/ Esx,
kur Mx - lieces moments, esx Vai inerces moments ir saistīts ar ix (caurules inerces rādiuss (kvadrāts, apaļš)) attiecībā pret attiecību ix= √ (Ix/ A), A ir laukums.
Cauruļvada izturības testa standarts
Normatīvie dokumenti nosaka metodes cauruļvadu vibrācijas, seismisko efektu un stiprības aprēķināšanai. Piemēram, GOST 32388 no 2013. gada paplašina savu ietekmi uz tehnoloģiskajiem cauruļvadiem, kas darbojas zem spiediena, ārēja spiediena vai vakuuma un ir izgatavoti no leģēta, oglekļa tērauda, vara, titāna, alumīnija un to sakausējumiem.
Standarts attiecas arī uz caurulēm, kas izgatavotas no polimēriem ar temperatūru līdz simts grādiem un spiedienu (darba) līdz 1 tūkst. KPa, ar ko pārvadā gāzveida un šķidras vielas.
Dokumentā noteiktas prasības cauruļu sienu biezuma noteikšanai pārmērīga iekšējā un ārējā spiediena ietekmē. Turklāt ir izveidotas metodes šādu cauruļvadu stabilitātes un stiprības aprēķināšanai. GOST ir paredzēts tiem speciālistiem, kuri veic gāzes, naftas pārstrādes, ķīmiskās, naftas ķīmijas un citu saistīto nozaru tehnoloģisko maģistrāļu būvniecību, projektēšanu vai rekonstrukciju.
Izturība un cauruļu stabilitāte ir svarīgi produktu kvalitātes un izturības rādītāji. Parametru aprēķini, kas definē šādus raksturlielumus, ir apgrūtinoši un sarežģīti.
