WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

4000

1,8

83

2200:

Органопластик

190-210

10000

1,3

154

8400

Углепластик

70-120

13000

1,4

136

10000

Сталь 45

40

2000

7,8

5

256

* - отношение характеристики материала к его плотности

Была получена экспериментальная зависимость изменения прочностных характеристик стеклопластика в зависимости от угла намотки армирующей нити, которая представлена в табл.2. С помощью нее можно подобрать оптимальные характеристики бипластмассовой трубы для заранее заданных условий эксплуатации.

Как видно из табл.2, с увеличением угла намотки, т.е. армирования, одни характеристики материала увеличиваются, другие уменьшаются. Поэтому, располагая армирующий наполнитель в соответствии с действующими в изделие нагрузками, а также чередуя слои наносимого материала с различными углами армирования, можно варьировать характеристики материала и изделия. В табл.2 показано изменение характеристик бипластмассовых труб с различной схемой армирования. Анализ приведенных данных показывает, что максимуму различных характеристик соответствуют различные схемы армирования. Анализируя сказанное выше, можно представить все разнообразие возможных сочетаний композиций материала. Вот в этом и заключается основное отличие ПКМ от традиционных материалов. Изделие и материал создаются одновременно.

Таблица 2 - Изменение характеристик бипластмассовых труб с

различной схемой армирования

Ориентация наполнителя

Предел прочности, МПа

угол намотки, град.

доля слоев под 90°

при растяжении

при кручении

при сдвиге

15

0

348

190

196

30

0

255

410

196

45

0

221

430

252

45

9

303

462

317

45

18

303

448

355

45

27

327

393

334

Во второй главе представлена разработка методики испытаний комбинированных (металлопластовых и бипластмассовых) труб из термопластов различных марок.

Перед тем, как комбинированные трубы поступят на монтаж, производится операция входного контроля труб на заводе-изготовителе. Входной контроль металлопластовых и бипластмассовых труб состоит из визуального осмотра поверхности, проверки размеров труб, а также проверки труб на прочность и герметичность гидравлическим способом.

Предлагаются методы и порядок проведения испытаний образцов комбинированных труб из различных марок пластмасс:

- проверка внешнего вида поверхности трубы;

- определение размеров труб;

- определение овальности трубы;

- относительное удлинение при разрыве ;

- определение изменения длины труб после прогрева ;

- определение стойкости при постоянном внутреннем давлении;

- определение стойкости к газовым составляющим;

- определение термостабильности;

- определение стойкости к быстрому распространению трещин;

- стойкость к медленному распространению трещин.

Гидроиспытания труб занимают много времени и тормозят процесс их выпуска. Для увеличения интенсивности входного контроля комбинированных труб предложен стенд для гидравлических испытаний.

Стенд для гидравлических испытаний комбинированных труб с законцовками (рис.1) предназначен для испытаний на прочность и герметичность (плотность) труб и их соединений.

Рис.1. Схема стенда для гидравлических испытаний комбинированных труб

Контролю подвергаются следующие параметры технологического процесса испытаний:

- гидравлические испытания до разрушения труб осуществляются для определения разрушающего давления и допустимого рабочего давления

РДОП. = РРАЗР./n,

где n - коэффициент запаса прочности, равный 3.

Этому испытанию подвергаются трубы или образцы труб при освоении производства; в случае изменения материалов, используемых в конструкции труб; схемы намотки; технологии изготовления труб и их соединительных элементов;

- гидравлические испытания испытательным давлением. Осуществляются для определения качества выпускаемых труб.

Труба считается выдержавшей испытания, если при испытательных давлениях не обнаружено нарушения герметичности (разрыв трубы, течь, отпотевание).

На основании проведенных гидравлических испытаний на прочность и герметичность разрабатывается сортамент бипластмассовых и металлопластовых труб на различное рабочее давление.

Проведение гидравлических испытаний сварных соединений

комбинированных труб

С целью определения работоспособности соединения изготавливаются экспериментальные образцы металлопластовых и бипластмассовых труб длиной 500 мм со сварными соединениями. На концах секции из сваренных патрубков снабжены заглушками со штуцерами.

Гидроциклические испытания проходят по следующей методике: образцы подвергаются гидроциклическим нагружениям внутренним давлением на различных уровнях нагружения до потери герметичности или разрушения.

На первом этапе внутреннее давление достигает 4,0 МПа (рабочее давление трубопровода), сбрасывается до нуля, вновь повышается и т.д. до достижения базового числа циклов принятого равным 104 циклов.

Затем верхний предел давления увеличивается на 1,0 МПа, т.е. до 5,0 МПа и испытания проводятся до базового числа циклов. И так верхний предел давления поднимается на следующую ступень, пока образцы не потеряют герметичность или не разрушатся.

В соответствии с формулой Менсона-Коффина для каждого уровня нагружения образца определяется эквивалентное число циклов, отнесенное к первоначальному нагружению:

(1)

В третьей главе рассмотрены технические характеристики металлопластовых труб, приведены результаты исследования напряженно–деформированного состояния металлопластовой трубы, представлены результаты расчета бипластмассовых труб на прочность с учетом температурных деформаций и анизотропных свойств стеклопластика.

Металлопластовые трубы представляют собой трубы из тер­мопласта с зафиксированным расположением стального сварного армирующего кар­каса в полимерной стенке трубы. Металлопластовые трубы (МПТ) изготавливаются методом экструзии из полимерных материалов (полиэтилен низкого давле­ния) с одновременным армированием стальным сварным каркасом из проволоки с последующим оформлением законцовок под резь­бовое, муфтовое или фланцевое соединение труб между собой.

С целью прогноза характера разрушения металлопластовых труб приведены исследования их напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов с использованием пакета СОSМОS/М.

Результаты исследования напряженно-деформированного состояния металлопластовой трубы с использованием приведенной выше модели показали, что наиболее напряженным элементом трубы является арматура в окружном направлении. В предположении упругой работы арматуры при внутреннем давлении 12 МПа в средней части трубы для наиболее напряженных элементов растягивающие напряжения достигают 565 МПА. Распределение напряжений по длине трубы для средней части является практически равномерным. При таком высоком уровне растягивающих напряжений возможно разрушение арматуры в окружном направлении. Проведенный анализ напряженно-деформированного состояния металлопластовой трубы позволяет сделать вывод, что когда основной несущий элемент трубы - окружная арматура полностью исчерпывает свою несущую способность, происходит перераспределение внутренних усилий между арматурой и полиэтиленовой матрицей и, при достижении в полиэтиленовых оболочных элементах своего разрушающего напряжения по Мизесу, происходит полное разрушение металлопластовой трубы.

Для исследования напряжений в зоне контакта арматуры с полиэтиленом было использовано решение контактной задачи Герца.

По формуле Герца эквивалентные напряжения по Мизесу, возникающие в полиэтилене:

, (2)

где 1, 2, 3 – главные напряжения в зоне контакта:

Полученный уровень напряжений говорит о том, что в зоне контакта происходит местная пластическая деформация, результатом которой становится смятие полиэтиленовой оболочки. Проведенный анализ напряженно-деформированного состояния МПТ на границе «полиэтилен-сталь» подтвердил, что наиболее существенное влияние на напряженно-деформированное состояние МПТ оказывает шаг арматуры в продольном направлении.

Для трубы диаметром 95 мм изменение шага сетки в продольном направлении с 8 до 6 мм привело к понижению растягивающих напряжений в кольцевой арматуре примерно на 20 %. Результаты испытания на растяжение элементов сварного проволочного каркаса металлопластовой трубы из малоуглеродистой конструкционной стали показали уровень предела текучести т = 310 МПа.

Рис.3. Изменение напряжений в окружной арматуре МПТ окр

С учетом прочностных свойств проволоки и полиэтилена даны рекомендации по выбору оптимальных конструкций МПТ для диаметров 89, 95, 115 и 132 мм путем варьирования диаметра проволоки d и шага армирующей сетки h. Сопоставление с напряжениями в стальной арматуре (рисунок 3) показывает, что для труб 89 и 95 мм можно использовать проволоку 2,5 мм при размерах ячейки до 8x8 мм. Трубы 115 и 132 мм позволяют использовать проволоку 3 мм при размерах ячейки до 8x8 мм. При использовании проволоки 2,5 мм для трубы 115 мм размеры ячейки не должны превышать 6x6 мм.

Под влиянием воздействия суточных и сезонных изменений температур бипластмассовая труба расширяется: тепловому расширению подвергается как ПЭ труба, так и стеклопластиковая оболочка. В силу различных коэффициентов линейного расширения ПЭ и стеклопластик, а также значительной толщины стенки БПТ, возникающие температурные деформации вносят существенный вклад в напряженно-деформированное состояние трубы. В работе предложена инженерная методика расчета БПТ с учетом температурных деформаций и анизотропных свойств стеклопластика.

Рис.4. Схема бипластмассовой трубы

1 – полиэтиленовая труба; 2 – стеклопластиковая оболочка

Суть методики расчета заключается в определении контактного давления (Pk в формулах таблицы1) в зоне контакта полиэтилен-стеклопластик (точка В на рисунке 4) от температурных деформаций и деформаций от рабочего давления. А затем решаются две задачи: 1) полиэтиленовая труба, нагруженная внутренним давлением и наружным контактным давлением; 2) стеклопластиковая труба, нагруженная внутренним контактным давлением; наружное давление равно нулю.

Рис.5. Взаимодействие симметрично армированных слоев

Для учета анизотропных свойств в рассматриваемой расчетной модели (рис.4) предварительно необходимо получить осредненные упругие характеристики стеклопластиковой оболочки, которая представляет из себя слоистый композит с углом армирования нитями из стекловолокна ±57°. Каждый слой по отдельности является анизотропным в координатах - (рис.5), но работая совместно они образуют ортотропный слой. Это значительно упрощает расчетные соотношения для напряжений, которые представлены в табл.4.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»