Образец для испытания металла труб на прочность при двухосном напряженном состоянии

Полезная модель относится к области испытания материалов на прочность, а в частности для испытания металла труб на прочность при двухосном напряженном состоянии. Образец для испытания металла труб на прочность при двухосном напряженном состоянии, состоит из фрагмента испытуемой трубы и жесткой вставки с проточкой в центральной ее части. Фрагмент испытуемой трубы выполнен в виде крестообразного образца, а жесткая вставка с кривизной, соответствующей кривизне крестообразного образца и соединены между собой угловыми сварными швами. Ширина плеч b в окружном и продольном направлениях крестообразного образца определена по формуле: где: h_тр - толщина крестообразного образца, см, R - радиус крестообразного образца, см, - цилиндрическая жесткость крестообразного образца, где: Е=2·10⁶ кг/см² - модуль упругости, v - коэффициент Пуассона, длина продольного плеча Lb. Длина проточки l определена по формуле: где: C₁=const=0,0225, D - цилиндрическая жесткость крестообразного образца, М_из.доп - допустимый изгибающий момент в центральной части крестообразного образца, а отношение высоты вставки Н_вст к толщине крестообразного образца h_тр равно 4÷6. Данная конструкция полезной модели позволит повысить точность испытаний металла труб на прочность при двухосном напряженном состоянии. 2 з.п. ф-лы, 3 илл.

Полезная модель относится к области испытания материалов на прочность, а в частности для испытания металла труб на прочность при двухосном напряженном состоянии.

Известен образец для испытания металла труб при двухосном напряженном состоянии, в котором двухосное напряженное состояние создается за счет проточки, расположенной на внешней поверхности образца. Размеры проточки выбирают в зависимости от требуемого состояния главных напряжений, что приводит к изменению поверхностных слоев труб и невозможности создания однородного поля напряжений по толщине исследуемого образца. Эти факторы снижают точность испытания при оценке прочности металла труб (см. патент РФ №2073842 МПК⁷ G01N 3/08, опубл. 20.02.1997 г).

Недостатком данного образца является снижение точности испытания при оценке прочности металла труб, из-за несоответствия реальной работе трубы.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является образец для испытания труб на прочность, состоящий из фрагмента испытуемой трубы и жесткой вставки с проточкой в ее центральной части (см. патент РФ №2174225, МПК⁷ G01N 3/08, опубл. 27.09.2001 г.).

Недостаток прототипа заключается в том, что по толщине образца невозможно создать однородное поле растягивающих напряжений, что снижает точность оценки прочностных характеристик металла трубы.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности испытаний на прочность за счет максимального приближения

условий испытаний крестообразного образца к реальным условиям работы металла труб под давлением.

Решение технической задачи достигается тем, что в известном образце для испытания металла труб на прочность при двухосном напряженном состоянии, состоящим из фрагмента испытуемой трубы и жесткой вставки с проточкой в центральной ее части, согласно полезной модели, что фрагмент испытуемой трубы выполнен в виде крестообразного образца, а жесткая вставка с кривизной, соответствующей кривизне крестообразного образца и соединены между собой угловыми сварными швами, при этом длина продольного плеча крестообразного образца равна или больше его ширины, а отношение высоты вставки к толщине крестообразного образца составляет 4÷6.

Данная конструкция полезной модели позволит повысить точность испытаний металла труб на прочность при двухосном напряженном состоянии.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 - изображен крестообразный образец, вид сбоку, на фиг.2 - вид сверху, на фиг.3 - общий вид образца в аксонометрии.

Образец для испытания металла труб на прочность при двухосном напряженном состоянии состоит из фрагмента испытуемой трубы, выполненного в виде крестообразного образца 1, жесткой вставки 2, с проточкой 3 в ее центральной части, и сварных швов 4, соединяющих образец 1 со вставкой 2.

Образец для испытания труб на прочность при двухосном напряженном состоянии испытывали следующим образом.

В процессе испытания крестообразный образец 1 нагружали по схеме изгиба при действии сосредоточенной нагрузки. При изгибной схеме нагружения напряжения по внешней и внутренней поверхностям крестообразного образца 1 определяли по известным формулам сопротивления материалов.

Для выравнивания эпюры напряжений по толщине образца 1, жесткую вставку 2 изготавливали с проточкой 3.

Проточка 3, выполненная в жесткой вставке 2, обеспечивает выравнивание растягивающих напряжений по толщине крестообразного образца 1 в центральной части. Выявленный эффект происходит в процессе нагружения образца 1 вследствие смещения фрагмента образца в зоне проточки 3 в направлении жесткой вставки 2.

Создавали двухосное напряженное состояния в крестообразном образце 1: , где ₁ - напряжение в кольцевом направлении, ₂ - напряжение в продольном направлении.

На основании обобщения результатов экспериментальных исследований выбраны оптимальные размеры крестообразного образца 1, при которых в его центральной части моделируется двухосное напряженное состояние, характерное для труб, работающих под давлением.

Длина продольных плеч L крестообразного образца 1 больше или равна его ширине. Отношение высоты вставки Н_вст к толщине крестообразного образца 1 h_тр составляет: 4÷6.

Таким образом, использование крестообразного образца 1 с жесткой вставкой 2, имеющей в центральной части проточку 3, и соединенные между собой угловыми сварными швами 4, позволили создать в его центральной части двухосное напряженное состояние и однородное поле напряжений по толщине крестообразного образца 1 в центральной части.

Полученное напряженное состояние соответствовало напряженному состоянию реального трубопровода, находящегося под давлением.

Использование предлагаемого образца для испытания металла труб на прочность при двухосном напряженном состоянии позволит по сравнению с прототипом повысить точность результатов испытаний на прочность за счет максимального приближения к реальным условиям работы металла труб под давлением.

1. Образец для испытания металла труб на прочность при двухосном напряженном состоянии, состоящий из фрагмента испытуемой трубы и жесткой вставки с проточкой в ее центральной части, отличающийся тем, что фрагмент испытуемой трубы выполнен в виде крестообразного образца, а жесткая вставка с кривизной, соответствующей кривизне крестообразного образца и соединены между собой угловыми сварными швами, при этом длина продольного плеча крестообразного образца равна или больше его ширины.

2. Образец для испытания по п.1, отличающийся тем, что отношение высоты вставки к толщине крестообразного образца составляет: 4÷6.