Расчет напряжений труб
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
»ение с возможностью перестановки опоры рычага по мере удлинения образца.
Нагружение образца осуществляли за 15 сек.
В процессе испытаний, проводившихся при температуре 211С, наблюдали три типа разрушения. При большом давлении и малой осевой нагрузке возникало обычное пластическое разрушение (рис. 6,а). Его признаки общеизвестны. Первоначально равномерно увеличивается диаметр образца. Затем в ослабленном сечении образуется вздутие, в области которого происходит интенсивная ориентация материала в тангенциальном направлении.
Ориентированная пленка разрывается под действием осевого напряжения, и трещина располагается в радиальной плоскости.
При низком давлении и большой осевой нагрузке тоже возникало пластическое разрушение, сопровождаемое значительной ползучестью трубы в осевом направлении (рис. 6,б).
Наконец, сравнительно высокое давление и большая осевая, нагрузка приводили к хрупкому разрушению, причем трещина располагалась в меридиональной плоскости (рис. 6, в).
На рис. 7 в логарифмических координатах представлены кривые долговечности, полученные при испытаниях упомянутых труб с дополнительной
Рисунок 6 - Образцы полиэтиленовых труб а и б при пластическом разрушении, в - при хрупком разрушении осевой нагрузкой (рис. 7, кривая) и без нее (рис. 7, кривая 2)
Рисунок 7 - Кривые долговечности труб из ПВД, нагруженных внутренним давлением и дополнительным осевым усилием (1) и внутренним давлением (2)
Первый график описывается одной функцией и не имеет перегиба, а второй не отличается от обычных кривых долговечности и делится на две линейные ветви, соответствующие пластическому и хрупкому разрушению. В области хрупкого разрушения оба графика совпадают. Следует отметить, что на рис. 7 по оси ординат отложено октаэдрическое касательное напряжение, вычисляемое по формуле
где - главные касательные напряжения в стенке трубы;
(19)
Где D и d - соответственно наружный и внутренний диаметр трубы;
средний диаметр трубы;
s - толщина стенки;
р - внутреннее гидростатическое давление;
Р - дополнительное осевое усилие.
Октаэдрическое касательное напряжение на 9% превышает тангенциальное нормальное напряжение в стенке трубы
Таким образом, искусственно хрупкое разрушение вызывали сравнительно быстро (от нескольких часов до нескольких дней). Экстраполируя полученные данные, можно определить расчетные сопротивления, не прибегая к температурному моделированию.
2.МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
Механический расчет несущих конструкций из полиэтилена производят по методу расчетных предельных состояний. Этот критерий характеризует состояние несущего элемента в момент, когда его дальнейшая эксплуатация становится невозможной.
С учетом основных факторов, определяющих статическую усталость полиэтилена, принимают следующие расчетные предельные состояния:
. Предельное состояние, характеризуемое прочностью изделия в условиях его длительного нагружения определенной системой внешних сил. Расчет должен гарантировать несущую способность детали в процессе ползучести.
- Предельное состояние, определяемое возникновением в конструкции значительных необратимых деформаций, вызываемых ползучестью или релаксацией напряжений.
- Предельное состояние, связанное с хрупким разрушением полиэтилена под действием остаточных напряжений, главным образом в процессе релаксации напряжения.
- Предельное состояние, характеризуемое длительной прочностью элемента конструкции при условии повышения эксплуатационной температуры на 5С.
В соответствии с первым предельным состоянием необходимо оценить с учетом длительности нагружения соотношение между силовыми и геометрическими параметрами в момент разрушения изделия. Практически эта задача сводится к определению предела длительной прочности материала. В расчете долговечность приравнивают к длительности эксплуатационного периода. Значение рабочей температуры, а также концентрации растворов (в случае применения жидких сред) дают в проектном задании.
При расчете по второму предельному состоянию необходимо определить начальное напряжение, при котором к концу эксплуатационного периода ползучесть не превышала бы 2,5-3,5%. Задаваясь в этих формулах допускаемой величиной деформации ползучести, а также временем (долговечностью), определяют соответствующее начальное напряжение. Температура и концентрация раствора предполагаются известными.
Наиболее просто указанную задачу решают с помощью кривых статического сопротивления полиэтилена. Подобные графики (рис. 8). построены для линейного полиэтилена (луполен 6001 Г) с удельным весом 0,959 Г/см3 и индексом расплава 0,9 Г/10 мин. Данные получены при 50 С. По оси ординат отложено начальное напряжение, а по оси абсцисс - время. При выбранном напряжении можно установить момент, когда деформация растягиваемого образца достигает величины, указанной для каждой кривой.
Расчет по третьему предельному состоянию связан с определением предельных для данной температуры и долговечности деформаций или начальных напряжений. С этой целью прибегают к экстраполяционным методам. Для различных расчетных схем (растяжение, сжатие, изгиб) деформацию (начальное напряжение) определяют с помощью обычных формул теории упругости. Модуль упругости вычисляют с учетом температурного фактора. Так можно оценить долговечность различных э