книги из ГПНТБ / Сапожников, В. М. Прочность и испытания трубопроводов гидросистем самолетов и вертолетов

(4.63) определяется соответствующее им А,. Далее определяет­ ся еі „анб в описанном сечении, и наконец ч~ "а"6 .

Ет

Расчет выполнен для следующих соотношений длин участков (рис. 4. 30):

случай а: /, = 0,125 /; /2 = 0,875 I и /, = 0,167 I, /2 = 0,833 /; случай б: /,=0,3 /; /2 = 0,49 /; /3 = 0,21 I.

Выбор таких соотношений между плечами позволяет полу­

чить в опасном сечении крутящий и изгибающий моменты одно­ го порядка.

Рис. 4.29. Расчетные схемы трубопроводов с одним (а) и двумя (б) изгибами в одной плоскости при наличии неточности «недотяг»

Для каждого случая определены значения X, и Is и построе­

ны эпюры.

На рис. 4. 30 представлены эпюры изгибающих и крутящих моментов для случаев а и б. Пунктиром изображены эпюры кру­

№ и з г = а тW - , ( M T ) KP = X , W Q ,

где тт — предел текучести при кручении.

По известным Мпзг и Л4кр в любом сечении можно -построить эпюры к и 0. Для этого на тех участках трубки, где действуют изгибающий и крутящий моменты, используются зависимости

170

{см. рис. 4.28), а где действует только изгибающий момент, ис­ пользуется диаграмма изгиба (см. рис. 4. 19).

Эпюры 0 и %для рассматриваемых случаев представлены на рис. 4.31. Пунктиром показаны эпюры относительной величины

. Умножая площади этих эпюр на соответствующие ординаты

под их центрами тяжести на единичных эпюрах, получим значе­ ние Ль

Ді

Рис. 4.30. Эпюры изгибающих и крутящих моментов для рас­ четных схем (см. рис. 4.29)

где С, и Кі — изгибающий и крутящий моменты на единичных эпюрах под центрами тяжести основных эпюр;

м/ X\— площадь эпюры — ;

'ы

ѳ

to ( j \— площадь эпюры — .

Площади эпюр и положения центров тяжести определялись по формуле Симпсона.

Значения неточности іДт, при которой появляются первые пластические деформации, определялись для каждого случая от­ дельно по четвертой теории прочности при условии

M»f6= M T,

171

\

где уИР 4 — расчетный момент по четвертой теории прочности:

М„ = У ^L r + 0.75Л%; M = , lWll3r.

Вотличие от случая, когда устранение неточности происхо­ дит только за счет изгиба трубопровода, при изгибе с. кручением

нужно рассматривать не £тах, а интенсивность деформации еппах, по которой и оценивается уровень монтажных напряжений. Та­ ким образом, величины монтажных напряжений нужно оценивать

по расчетному напряжению з;= [/a--p3-c'J, которое определяет­ ся по кривой на рис. 4. 18 по расчетному еітах, а значение е,- по

Рис. 4.31. Эпюры Ѳ и у. относительно угла закручивания и кри­ визны для расчетных схем (см. рис. 4.29)

формуле (4. 50). Значение еішах для двух случаев, изображенных

дов с изгибами в одной плоскости, а полученные точки нанесены на график (рис. 4. 25).

Т а б л и ц а 4.10 Результаты расчета монтажных неточностей и деформации для стали Х18Н10Т

172

Продолжение

В рассмотренных случаях расчетные точки для всех неточнос­ тей и схем лежат в сравнительно узкой заштрихованной области (см. рис. 4. 25). Следовательно, конфигурация трубопровода н

справедливы для любого диаметра.

Таким образом на основании расчета трубопроводов в преде­ лах упруго-пластической деформации можно считать, что полу­

монтажных напряжений по известным неточностям при монтаже. Для этого неточность А, которая возникает при монтаже, выби­ рается ступенями. После каждой последующей ступени трубо­ провод разгружается. Индикатором проверяется возвращение монтируемого трубопровода в перноначальное положение. Таким путем определяется Ат, перемещение, начиная с которого монти­ руемый трубопровод не возвращается в исходное положение. После полного закрепления соединения по показанию индикато­ ра устанавливают перемещение А.

По отношению — определяют напряжения при помощи градт

фика ;(см». рис. 4.25), используя верхнюю границу заштрихован­

ной области, отмеченную жирной линией. Учитывая, что ет= — ,

Е

определяют ет ахПо етах при помощи диаграммы напряжения (см. рис: 4.18) определяют наибольшие монтажные напряжения

Птах-

Если наибольшие монтажные напряжения ниже предела те­

173

Предложенная 'выше методика определения Ат является тру­ доемкой и недостаточно точной. Можно значения Ат для трубок различных диаметров, длин и конфигураций получить расчетным путем. Однако охватить все возможные конфигурации трубо­ провода сложно.

Зависимость ^іН-= /( — ),полученную расчетом трубопрово-

дов при чистом изгибе (простые неточности), можно использо­ вать и для изгиба с кручением (сложные неточности, представ­ ляя их как сумму простых неточностей).

Определение Дт для трубки с осью, изогнутой под прямым углом

При определении Дт рассматривалась изогнутая трубка, у которой все неточности находились в одной плоскости.

На рис. 4. 32 представлена расчетная схема трубки с тремя возможными неточностями: Дт — «недотяг», Д2 — «несоосность», Д3 — «перекос».

Рис. 4.32. Расчетная схе­ ма трубопровода, изогну­ того под прямым углом:

7—усилие в заделке; 2—пе­ ремещение конца трубы; 3— крутящий момент в заделке

Прямую трубку можно рассматривать как частный случай

мых трубопроводах устраняется за счет деформации растяжения. В этом случае небольшие неточности приводят к значительным пластическим деформациям и недопустимому снижению сопро­ тивления вибрациям. Поэтому при монтаже желательно избе­ гать прямых трубопроводов.

Задача определения Дт статически неопределимая. Для рас­ крытия статической неопределимости применялись канонические уравнения метода сил, которые для данной задачи имеют вид:

174

?J11^4 4"812^2 4" Si3*3-Дц

831^ 1 4“832-^ 4“^ЗЗ-^З=Дз-

Коэффициенты канонических уравнений, полученные с по­ мощью способа Верещагина (см. рис. 4.30), имеют следующие значения:

Из системы канонических уравнений определяются неизвест­ ные Хи Х2, Ха- При этом для расчета одной простой неточности две остальные принимаются равными нулю.

Например, рассмотрим неточность «недотяг» Дь В этом слу­

Опасное сечение с наибольшим изгибающим моментом опре­ деляется сравнением изгибающих моментов в защемлении (М3) и на монтируемом конце Л4Ы:

Мн= х я

Подставив значения неизвестных Xit Х2, Хз, выраженные че­ рез /] и k, получим Ма>Мы, т. е. в данном случае опасным явля­ ется сечение >в защемлении. После подстановки значений Ьш по­ лучим

l \ ( h + h)

175

Часть вторая ИСПЫТАНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ НА ПРОЧНОСТЬ

Глава V. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЧНОСТНЫХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРУБОПРОВОДОВ

ИИХ СОЕДИНЕНИЙ

Внастоящей главе приводятся рекомендации по обоснованию частоты нагружения, базы испытаний, асимметрии цикла, по

обоснованию количества образцов на одном уровне напряжений и количества уровней напряжений, по замерам геометрических данных исследуемых образцов, по замерам контролируемых па­ раметров в процессе испытаний, возбуждению сложного спектра нагрузок, тарировке и отладке испытательных машин, а также оценке прочности и надежности элементов трубопроводных сис­ тем.

1. ВЫБОР ЧАСТОТЫ ИСПЫТАНИЙ НА ВЫНОСЛИВОСТЬ ТРУБОПРОВОДОВ

При проведении исследований долговечности и выносливости большую роль играет выбор частоты нагружения. Частота нагру­ жений играет существенную роль на время проведения испыта­ ний, а следовательно, на стоимость эт-их работ и сроки реализа­ ции опытных данных.

С точки зрения сокращения времени испытаний желательно увеличивать частоту нагружения. Однако при этом следует учи­ тывать следующие обстоятельства. Во-первых, изменение часто­ ты может привести к существенному изменению уровней напря­ жений в испытываемых образцах. Все зависит от того, с частотой вынужденных или свободных колебаний происходит испытание образцов. Во-вторых, с изменением частоты при -выдерживании одного и того же уровня нагрузок существенно меняется долго­ вечность и выносливость образцов.

При резонансных режимах уровень напряжений по сравне­ нию с нерезонаиснымп режимами, как было показано в тл. III, может отличаться в десятки раз. Кроме этого уровни напряже­ ний при различных формах свободных колебаний также значи­ тельно меняются. Наибольший уровень напряжений наблюдается

177

при первой форме свободных колебаний; при 2-й, 3-й и так далее он значительно снижается.

Нагружение образцов одной и той же по величине нагрузкой, но с различными частотами приводит к получению различных значений пределов выносливости.

На рис. 5. 1 показана зависимость пределов выносливости от частоты испытания, построенная по результатам исследований различных авторов [8, 22, 26], из которой следует, что увеличение частоты с 30—50 Гц до 10000 Гц приводит к повышению преде­ лов выносливости на 10—20%.

При переходе от средних (2000—3000 циклов в минуту (ц/мин)) к весьма низким частотам (10—15 ц/мин) получается существенное снижение долговечности и пределов ограниченной выносливости, что, в частности, вытекает из рис. 5. 2, на котором показаны кривые усталости сплава марки Д-16 при различных частотах нагружения от 7,6 до 4760 ц/мин.

Снижение частоты с 2250—4750 до 7,5 цикла :в минуту приво­ дит к уменьшению долговечности в 4—8 раз у образцов из ста­ ли Х18Н10Т (при напряжении сга=22—24 кгс/мм2) и снижению ограниченного предела выносливости на 10—15%.

В таблице 5. 1 приведены данные, полученные нами "при ис­ следовании выносливости трубопроводов из стали Х18Н40Т раз­ мером 12X0,9 мм при частоте нагружения /=60 Гц и при ча­ стоте нагружения f= 3 Гц.

В таблице для сравнения также представлены данные, по­ лученные экспериментальным путем по среднему количеству циклов до разрушения и статически обработанные при 5% ве­ роятности разрушения.

178

Таблиц; ! 5. i

Число циклов до разрешения в зависимости от частоты нагружения

* Число циклоп до разрушения при 5% вероятности разрушения.

Данные по среднему количеству циклов до разрушения под­ считывались по формуле

Сопоставляя данные, представленные в таблице 5. 1, нетруд­ но видеть, что частота в этом диапазоне существенно сказывает­ ся на долговечности образцов при одном и том же уровне напря­ жений.

Особенно это видно при сравнении количества циклов до раз­ рушения, полученных при различных частотах, после статистиче­ ской обработки. Если по среднему количеству циклов долговеч­ ность образцов при частоте в 60 Гц примерно в три раза выше, чем при частоте нагружения /=3 Гц, то статистически обработан­ ные данные показывают, что при 5% '.вероятности разрушения долговечность с уменьшением частоты от 60 до 3 Гц уменьшает­ ся примерно в 10—20 раз.

Особенно существенное влияние на сопротивление усталости частота нагружения оказывает в том случае, когда одновремен­ но действуют другие причины, влияние которых связано с про­ должительностью их воздействия на испытуемый образец (кор­ розия, адсорбция, повышенная температура и т. д.).

Изменение частоты циклического воздействия в процессе ус­ талостного разрушения по существу сводится к изменению ско­ рости деформирования, т. е. '.влияние частоты циклов нагруже­ ния на усталостную прочность связано с влиянием скорости де­ формирования на сопротивление металла пластическому дефор­ мированию.

При нагружении материалов упругая деформация распрост­ раняется с весьма большой скоростью, практически мгновенно.

Пластическая деформация представляет собой перемещение

179