Эксплуатационные напряжения

Другое » Разработка новой конструкции крепления трубопроводов гидросистемы управления горизонтальным оперением » Эксплуатационные напряжения

Эксплуатационные напряжения могут иметь значительную величину. Они возникают за счет деформации элементов конструкции, по которой проложен трубопровод. Сюда же следует отнести переменную составляющую , возникшую из-за механических вибраций.

Эти напряжения в трубопроводах можно определить лишь в процессе специальных испытаний.

Напряжения, вызванные поперечным колебанием трубопроводов

Поперечные вибрации трубопроводов могут возбуждаться действием механических сил, а также в результате пульсации давления или скорости рабочей жидкости, протекающей по трубопроводу. В последнем случае возможно возникновение параметрических вибраций трубопровода.

Н.А. Картвелишвили, рассматривая вибрации трубопровода, вызванные пульсирующим давлением рабочей жидкости, представлял трубопровод как трубчатую балку. При этом он использовал обычное уравнение упругой оси балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, вызванной внутренним давлением Р и осевой сжимающей силой N.

Внутреннее давление жидкости всегда вызывает поперечную силу, действующую на трубопровод, так как трубопровод, расположенный на опорах, всегда имеет прогиб от собственного веса и веса заключенной в нем жидкости, пусть даже незначительный. Кроме того, возможны нарушения прямолинейности участков трубопроводов при монтаже, вследствие чего Р1 и Р2 – силы внутреннего давления жидкости в двух очень близких поперечных сечениях 1 – 1 и 2 – 2 (рисунок 1.8) создают равнодействующую силу R, которая приложена к участку 1 – 2 и направлена перпендикулярно оси трубопровода.

Естественно, что при изменении величины рабочего давления Р изменяется и величина равнодействующей силы R. Если изменение рабочего давления периодическое, обусловленное пульсациями, создаваемыми насосами, то изменение поперечной силы R также периодическое, что приводит к возбуждению поперечных колебаний трубопровода. Н. А. Картвелишвили рассмотрел случай, когда поперечные колебания трубопровода происходят вдали от резонанса.

А и Б – участок, где возможно образование поперечных трещин.

Рисунок 1.8. Схема возникновения поперечных колебаний.

Полученное им решение не достаточно точно, так как:

Трубопровод рассматривали как трубчатую балку, а не как оболочку.

Колебания внутреннего давления считали гармоническими, в то время как они имеют иной вид.

Однако задача состояла в том, чтобы определить порядок величин .

Полученные результаты свидетельствуют о том, что колебания оболочки трубопровода при колебаниях внутреннего давления (при отсутствии резонанса) приводят к весьма незначительным переменным напряжениям (0,2 – 0,3 кг/мм2). Эти величины не превосходят точность определения предела усталости металла и не отражаются на напряженном состоянии трубопровода. Поэтому практическое значение имеют только те переменные составляющие напряжений , которые возникают в оболочке в связи с изменениями внутреннего давления независимо от возникающих при этом вибраций. Этот вывод подтверждают также экспериментальные данные.

Сколько-нибудь значительной разницы в осциллограммах напряжений, снятых в различных точках контура одного и того же сечения трубопровода, не обнаружено, но если бы напряжения имели существенное значение, такая разница должна была бы быть.

Однако положение существенно меняется, если трубопровод совершает резонансные колебания. В этом случае трактовка рассмотренной выше задачи с использованием линейных дифференциальных уравнений приводит к решениям, неограниченно возрастающим со временем. С точки зрения линейной теории это означает, что трубопровод в условиях установившихся колебаний весьма быстро может быть доведен до полного разрушения.

Наблюдения, а также экспериментальные данные указывают на то, что во многих случаях вначале амплитуды нарастают согласно линейной теории, быстро прекращаются и устанавливаются стационарные колебания весьма большой амплитуды. Это несоответствие между линейной теорией и опытом объяснено В. В. Болотиным.

Дело в том, что только в области достаточно малых амплитуд (как и рассматривал Н. А. Картвелишвили) действующие на трубопровод силы можно рассматривать как линейные функции перемещений, скоростей и ускорений.

С ростом же амплитуд начинает все в большей степени проявляться влияние нелинейных факторов. Эти факторы и ограничивают бесконечное возрастание амплитуд, предсказываемое линейной теорией.

Другие публикации:

Описание конкурирующих технологий
Volkswagen Стенли (позже проект получил имя Junior) В 2005 году измененный Volkswagen, получивший название Стенли, превратил научную фантастику в реальность. Это технологическое чудо, построенное командой из Стэнфорда, проехало по маршруту длиной больше 150 километров по пустыне полностью автономно ...

Сварка кузовных деталей
Многие повреждения кузовов устраняют, используя газовую и полуавтоматическую электродуговую в среде защитного углекислого газа и контактно-точечную сварку. Газовая сварка применяется при ремонте кузовов для выполнения прихваток, нанесения латунных припоев в местах концентрации напряжений и ряда дру ...

Дисбаланс колес
При вращении колеса с большой скоростью наличие даже незначительного дисбаланса, вызывает резко выраженную динамическую неуравновешенность колеса, относительно его оси при этом, появляются вибрация и биение колеса в радиальном или боковом направлениях. Особенно вредное влияние оказывает дисбаланс п ...