Dokumen peraturan, piawai untuk paip antara ciri lain menonjolkan "momen" dan "jejari" inersia. Nilai-nilai ini penting semasa menyelesaikan masalah menentukan tekanan pada produk dengan parameter geometri yang ditentukan atau ketika memilih ketahanan terbaik untuk kilasan atau lenturan. Momen dan jejari inersia paip bulat juga digunakan untuk mengira kekuatan struktur.
Kestabilan struktur paip keluli bergantung kepada bagaimana petunjuk kekuatan produk paip dikira dengan betul
Kandungan
Intipati teori kekuatan
Teori kekuatan digunakan untuk menilai ketahanan struktur apabila terdedah kepada tekanan volumetrik atau satah. Tugas-tugas ini sangat kompleks, kerana dalam keadaan keadaan tekanan duaaksial, triaksial, hubungan antara tekanan tangen dan normal sangat beragam.
Huraian matematik sistem pengaruh - tegangan tegangan - mengandungi 9 komponen, 6 daripadanya tidak bersandar. Tugas itu dapat dipermudah dengan mempertimbangkan bukan enam, tetapi tiga tekanan utama. Dalam kes ini, adalah perlu untuk menemukan gabungan mereka yang sama berbahaya untuk pemampatan atau pemanjangan sederhana, iaitu ke keadaan tekanan linear.
Inti teori (kriteria, hipotesis) kekuatan didasarkan pada menentukan pengaruh utama faktor tertentu dan memilih tekanan setara yang sesuai, dan kemudian membandingkannya dengan ketegangan unaksial yang lebih sederhana.
Antara penyebab timbulnya keadaan berbahaya adalah:
- tekanan biasa;
- ubah bentuk linear;
- tekanan ricih;
- tenaga regangan, dll.
Lenturan paip juga merupakan bentuk ubah bentuk; boleh terdiri daripada dua jenis
Kemunculan ubah bentuk residu yang besar untuk bahan mulur dan retakan - untuk yang rapuh terletak pada sempadan kawasan ubah bentuk elastik. Ini memungkinkan untuk menggunakan formula dalam perhitungan yang diturunkan di bawah syarat-syarat penerapan hukum Hooke.
Jenis ubah bentuk struktur
Selalunya paip dengan pelbagai bentuk keratan rentas (persegi atau bulat) adalah asas dari pelbagai reka bentuk. Walau bagaimanapun, mereka boleh mengalami salah satu kesan yang mungkin berlaku:
- regangan;
- pemampatan
- ricih;
- selekoh;
- kilasan.
Terlepas dari bahan pelaksanaannya, pipa secara semula jadi bukan produk yang benar-benar kaku dan dapat cacat di bawah pengaruh kekuatan luaran (iaitu, hingga tahap tertentu mengubah dimensi dan bentuknya). Pada tahap tertentu, titik struktur boleh berubah kedudukan di ruang angkasa.
Nota! Laju perubahan ukuran dapat dijelaskan dengan menggunakan ubah bentuk linier, dan bentuk - ubah bentuk ricih.
Selepas memunggah, ubah bentuk boleh hilang sepenuhnya atau sebahagiannya. Dalam kes pertama, mereka dipanggil elastik, yang kedua - plastik atau sisa. Harta paip selepas memunggah untuk mengambil bentuk asalnya disebut keanjalan. Sekiranya ubah bentuk pada semua titik dan keadaan pengikatan produk diketahui, maka adalah mungkin untuk menentukan pergerakan semua elemen struktur.
Sebarang reka bentuk paip bulat mempunyai keadaan ketegaran tersendiri
Operasi struktur yang normal menunjukkan bahawa ubah bentuk bahagiannya mestilah elastik, dan anjakan yang menyebabkannya tidak boleh melebihi nilai yang boleh diterima. Keperluan sedemikian yang dinyatakan oleh persamaan matematik disebut keadaan kekakuan.
Unsur teori kilasan tiub
Teori kilasan paip bulat berdasarkan andaian berikut:
- keratan rentas produk tidak menyebabkan tekanan lain selain tangen;
- semasa memutar keratan rentas, jejari tidak membengkok, tetap rata.
Semasa berpusing, bahagian kanan akan mengalami putaran relatif ke kiri dengan sudut dφ. Dalam kes ini, elemen kecil dari paip mnpq akan beralih dengan nilai nn´ / mn.
Menghilangkan pengiraan antara, kita dapat memperoleh formula yang menentukan torknya:
Mk = GθIp,
di mana G adalah berat; θ ialah sudut putaran relatif sama dengan dφ / dz; Ip adalah momen inersia (kutub).
Andaikan bahawa keratan rentas paip mencirikan radius luar (r1) dan dalaman (r2) dan nilai α = r2 / r1. Maka momen (kutub) inersia dapat ditentukan oleh formula:
Ip = (π r14/32)(1- α4).
Sekiranya pengiraan dilakukan untuk paip berdinding nipis (ketika α≥0.9), maka formula perkiraan dapat digunakan:
Ip≈0.25π rav4t
Dalam beberapa reka bentuk, paip mungkin mengalami jenis ubah bentuk seperti kilasan.
di mana rav adalah jejari purata.
Tegangan ricih yang timbul pada bahagian silang disebarkan di sepanjang jejari paip mengikut hukum linear. Nilai maksimumnya sesuai dengan titik yang paling jauh dari paksi. Untuk keratan rentas anular, momen rintangan kutub juga dapat ditentukan:
Wp≈0.2r13(1-α4).
Konsep momen inersia paip bulat
Momen inersia adalah salah satu ciri pengagihan jisim badan sama dengan jumlah produk petak dari jarak titik-titik badan dari paksi tertentu oleh jisimnya. Nilai ini sentiasa positif dan tidak sama dengan sifar. Momen inersia paksi memainkan peranan penting dalam gerakan putaran badan dan secara langsung bergantung pada taburan jisimnya berbanding paksi putaran yang dipilih.
Semakin banyak jisim paip dan semakin jauh dari beberapa paksi putaran khayalan, semakin besar momen inersia. Nilai kuantiti ini bergantung pada bentuk, jisim, dimensi paip, dan juga kedudukan paksi putaran.
Parameter penting semasa mengira lenturan produk apabila dipengaruhi oleh beban luaran. Hubungan antara besarnya pesongan dan momen inersia berkadar songsang. Semakin besar nilai parameter ini, semakin kecil pesongannya dan sebaliknya.
Semasa mengira, penting untuk mempertimbangkan parameter paip seperti diameter, ketebalan dinding dan berat
Konsep momen inersia badan dan bentuk rata tidak boleh dikelirukan. Parameter terakhir sama dengan jumlah produk jarak kuadrat dari titik rata ke paksi yang dipertimbangkan di kawasan mereka.
Konsep jejari inersia paip
Secara amnya, jejari inersia badan mengenai paksi x Adakah jarak itu iyang segiempat sama, apabila didarabkan dengan jisim badan, sama dengan momen inersia mengenai paksi yang sama. Maksudnya, ungkapan itu adil
Sayax= m i2.
Sebagai contoh, untuk silinder yang berkaitan dengan paksi membujurnya, jejari inersia adalah R√2 / 2, untuk bola sehubungan dengan paksi mana pun - R√2 / √5.
Nota! Dalam ketahanan terhadap lenturan longitudinal paip, peranan utamanya dimainkan oleh kelenturannya, dan, akibatnya, nilai terkecil jejari inersia bahagian.
Nilai jejari adalah secara geometri sama dengan jarak dari paksi ke titik di mana perlu untuk memusatkan seluruh jisim badan sehingga momen inersia pada satu titik ini sama dengan momen inersia badan. Juga bezakan konsep jejari inersia bahagian - ciri geometriknya, yang menghubungkan momen inersia dan kawasan.
Rumus pengiraan untuk beberapa bentuk ringkas
Bentuk keratan rentas produk yang berbeza mempunyai momen dan jejari inersia yang berbeza. Nilai yang sesuai diberikan dalam jadual (x dan y masing-masing adalah paksi mendatar dan menegak).
Jadual 1
| Bentuk keratan | Momen inersia | Sinaran inersia |
| Annular (r1 - diameter luar, r2 - diameter dalaman, α = r1 / r2) | Jx= Jdi= πr24(1-α4)/64
atau Jx= Jdi≈0.05 r24(1- α4) |
ix= idi= r2√ (r12+ r22)/4 |
| Kotak berdinding nipis (b - sisi segi empat sama, t - ketebalan dinding, t≤ b / 15) | Jx= Jdi= 2b3t / 3 | ix= idi= t / √6 = 0.408t |
| Kotak berongga (b adalah sisi segi empat sama, b1 adalah sisi rongga dalaman segi empat sama) | Jx= Jdi= (b4-b14)/12 | ix= idi= 0.289√ (b2+ b12) |
| Segi empat tepat berongga, paksi x selari dengan sisi yang lebih kecil (a adalah sisi segi empat yang lebih besar, b adalah sisi yang lebih kecil, a1 adalah sisi yang lebih besar dari rongga dalam dari segi empat tepat, b1 adalah sisi yang lebih kecil dari rongga dalam) | Jx= (ba3-b1a13)/12
Jdi= (ab3-a1b13)/12 |
ix= √ ((ab3-a1b13) / (12 (ba-a1b1))
idi= √ ((ba3-b1a13) / (12 (ba-a1b1)) |
| Segi empat tepat berdinding tipis, sumbu x selari dengan sisi yang lebih kecil (t adalah ketebalan dinding angka, h adalah sisi yang lebih besar, b adalah sisi yang lebih kecil) | Jx= ika3(3b / j + 1) / 6
Jdi= tb3(3h / b + 1) / 6 |
ix= 0.289h√ ((3b / jam + 1) / (b / jam + 1))
idi= 0.289b√ ((3h / b + 1) / (h / b + 1)) |
Ciri pesongan produk
Lenturan adalah sejenis pemuatan di mana momen lenturan muncul di bahagian silang paip (batang). Jenis lenturan ini dibezakan:
- bersih;
- melintang.
Dalam paip bengkok, lapisan luar berada dalam keadaan tegang, dan lapisan dalamnya dalam keadaan termampat
Jenis lenturan pertama berlaku apabila satu-satunya faktor daya adalah momen lenturan, yang kedua apabila daya melintang muncul bersama dengan momen lenturan. Apabila beban berada dalam satah simetri, maka dalam keadaan seperti itu paip mengalami selekoh rata lurus. Semasa membongkok, serat, yang terletak di sisi cembung, mengalami ketegangan, dan dengan sisi cekung, di bawah mampatan. Terdapat juga beberapa lapisan serat yang tidak mengubah panjang asalnya. Mereka berada di lapisan neutral.
Nota! Titik yang paling jauh dari paksi neutral dikenakan tegangan tegangan atau mampatan yang paling besar.
Sekiranya gentian dijarakkan di dari lapisan neutral dengan jejari kelengkungan μ, maka pemanjangan relatifnya sama dengan у / μ. Dengan menggunakan undang-undang Hooke dan menghilangkan semua pengiraan pertengahan, kami memperoleh ungkapan untuk voltan:
σ = yMx/ Sayax,
di mana Mx - momen lentur, sayax Adakah momen inersia berkaitan dengan ix (jejari inersia paip (persegi, bulat)) dengan nisbah ix= √ (Ix/ A), A adalah kawasan.
Standard Ujian Kekuatan Paip
Dokumen peraturan menentukan kaedah untuk mengira saluran paip untuk getaran, kesan gempa dan kekuatan. Sebagai contoh, GOST 32388 dari 2013 meluaskan kesannya ke saluran paip teknologi yang beroperasi di bawah tekanan, tekanan luaran atau vakum dan diperbuat daripada aloi, keluli karbon, tembaga, titanium, aluminium dan aloi mereka.
Piawaian ini juga berlaku untuk paip yang terbuat dari polimer dengan suhu hingga seratus darjah dan tekanan (bekerja) hingga 1 ribu kPa, yang mengangkut bahan gas dan cair.
Dokumen tersebut menetapkan syarat untuk mengetahui ketebalan dinding paip di bawah pengaruh tekanan dalaman dan luaran yang berlebihan. Di samping itu, kaedah untuk mengira kestabilan dan kekuatan saluran paip sedemikian telah ditetapkan. GOST ditujukan untuk pakar yang menjalankan pembinaan, reka bentuk atau pembinaan semula lebuh raya teknologi gas, penapisan minyak, kimia, petrokimia dan industri lain yang berkaitan.
Ketahanan dan kestabilan paip adalah petunjuk penting bagi kualiti dan ketahanan produk. Pengiraan parameter yang menentukan ciri-ciri tersebut tidak rumit dan kompleks.
