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行业动态

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异径弯管的实验
发布人:管理员 发布日期:2019-10-9 14:20:06 



    由于各应力曲线图中的应力值由所测应变按弹性应力公式计算,而实际应变已可能包括塑性应变,因此,曲线中的应力均称为名义应力。同时,各应力曲线图中标识的大端和小端,对异径弯管而言是指经向转角等于零处和等于90°处,由于这两个测量位置的应变片贴在焊缝上,焊缝的力学性能不清楚,因此,所测量得的名义应力值仅供参考。

6.3.1 异径弯管试件的基本情况

    异径弯管试件硬度及壁厚实测值只列出件号①的测量结果,分别见表6.5 和表6.6。分别把超声探头分隔面与弯头轴线平行和垂直时测得的两种数值,计算两者平均值相差不到0.5%,后者略高。表6.5 中的壁厚值是探头分隔面与弯头轴线垂直时测得的壁厚值(以下同),表中的径向截面的数字序号和等分点的字母方位如图6.5 所示。

6.3.2 内压试验

    异径弯管①、②、③、④和⑥均在进行其他载荷的实验前了进行了低压下的应力测试,而异径弯管⑤则进行了专门的内压应力测试,应变测量点见图6.5 所示的异径弯管10 个径向截面与其内拱G、外拱C、中性线A 这三条特征经线的交点,结果见图6.6 至图6.11。

    1) 经向应力 分析结果:(1) 内压增大,经向应力曲线变得陡峭。(2) 经向应力均为拉应力,从最大内压时的应力水平看,最大经向应力从大到小的顺序依次为内拱、中性线、外拱。(3) 不同内压时的应力曲线集中程度从高到低的顺序看,依次为内拱、外拱、中性线。

    当内压较高时,大端环焊缝因为与直管及异径弯管的材料性能差异而表现出较高的抗变形能力,焊缝两侧的径向位移较大而相对地使焊缝在经向受到压缩,经向应力由内压较低时的拉应力转变为压应力。另外,由于异径弯管制造工艺的缘由,位于外拱并靠近小端一段材料的HB 硬度值要比外拱线上靠近大端一段材料或中性线的HB 硬度值要高出约15%,其抗变形能力也较强,因此,外拱靠近小端段的经向应力和环向应力曲线随内压的增加变化不大。

    2) 环向应力针对异径弯管⑤有:(1) 环向应力曲线与经向应力曲线具有相同的走势。(2) 环向应力水平尚未达到经向应力水平的两倍。(3) 不同经线处的环向应力相比,内拱处环向应力最大,中性线环向应力次之,外拱处环向应力最小。

    3) 极限载荷曲线比较分析 由异径弯管⑤承受内压时大端内外拱及中性线上的环向应力绘制内压应力极限曲线见图6.12 至图6.15,求得极限内压见表6.7,表中中性线处较外拱处的极限内压低约1.4 %,是因为壁厚差异、内外拱方向为长轴的椭圆度影响。

6.3.3 开弯矩试验

    1) 应力曲线 异径弯管②和③组合试件进行了小端开弯实验,对异径弯管③的实验结果曲线图6.15~图6.20 分析:(1) 经向应力在外拱处的大端较小端的大,在内拱处均是拉应力,在中性线处,大小两端的经向应力始终基本相等,但是,随着压力的增大,中间段的经向应力要比大小两端的数值要大,且均是压应力。(2)内拱处的环向应力均是拉应力,外拱处的环向应力随着弯矩的增大均是压应力,在中性线处是压应力。

    2) 极限载荷曲线比较分析 对载荷应力曲线图6.21 和图6.22 分析可知,开弯矩作用下,异径弯管③小端内拱处外壁面的环向应力要比经向应力大,但两者较接近,与解析解分析结论一致,求取的极限开弯弯矩分别为10kN·m 和9.9kN·m,相差1%。

6.3.4 闭弯矩试验

    1) 应力曲线 异径弯管④和⑥组合试件进行了大端闭弯矩的加载实验。对于异径弯管④的应力曲线图6.23~图6.28 分析:(1) 环向应力曲线除外拱上大端附近0°~30°经向转角范围不变外,其余经向转角及中性线和内拱上的环向应力曲线均随着弯矩的增大而分散;而经向应力曲线只在小端附近70°~90°经向转角范围随着弯矩的增大而分散,其余经向转角的经向应力曲线基本集中在一起。(2) 中性线的环向应力和经向应力、外拱上的经向应力为拉应力,外拱上的环向应力、内拱上的环向应力和经向应力为压应力。(3) 随着弯矩的增大,应力的增加幅度也越来越大。(4) 相对而言,中性线上的应力曲线较缓和。

    2) 极限载荷曲线比较分析对闭弯矩作用下载荷应力曲线图 6.29 至图6.30 分析,求得极限弯矩如表6.8 所示。

6.3.5 扭矩试验

    对于异径弯管①扭矩试验结果图6.31 至图6.40 分析如下。

    1) 最大主应力 分析结果:(1) 不同经线上的最大主应力曲线区别较大,除内拱上的最大主应力曲线外,均显出大端的应力曲线较集中,小端的应力曲线较分散;内拱上的最大主应力曲线随扭矩的增大先陡峭后缓和。(2) 从大端到小端,中性线上的最大主应力曲线由集中到分散,向外拱扭转的中性线应力曲线与向内拱扭转的中性线应力曲线有差别。(3) 从大端到小端,外拱上的最大主应力曲线集中成一条零应力线,较大扭矩下靠近小端才向压应力分散。(4) 内拱上最大主应力水平较低,外拱上靠近小端最大主应力水平较大。

    2) 最小主应力 分析结果:(1) 除外拱上的最小主应力曲线与最大主应力曲线相同外,其他经线上的最小主应力曲线与最大主应力曲线区别较大,最小主应力为压应力。(2) 向外拱扭转的中性线上的最小主应力曲线是较平缓和集中的压应力曲线。(3) 扭矩载荷较低时,向内拱扭转的中性线上的最小主应力曲线也是较平缓的压应力曲线,随着扭矩载荷增大,靠近小端段呈波浪变化。(4) 随着扭矩载荷增大,内拱最小主应力曲线越陡峭波浪变化,并且靠近小端段的变化较大。(5) 内拱上最大主应力曲线的应力水平较低。

    3) 最大剪应力 分析结果:(1) 最大剪应力曲线与主应力曲线区别较大,除曲线形状走势不同外,最大剪应力均为拉应力。(2) 从0°~40°经向转角范围内,各经线上最大剪应力曲线是较平缓的拉应力曲线,除了向外拱扭转的中性线上的最大剪应力曲线在该段经向转角范围内较集中外,其他各经线上的最大剪应力曲线均随扭矩载荷的增大而分散。(3)外拱上最大剪应力曲线的应力水平较低,内拱的较外拱的略大,向外拱扭转的中性线上靠近小端80°经向转角处的最大剪应力水平较大。(4) 越靠近大端,曲线越集中和缓和。

    4) 极限载荷曲线比较分析 分析结果:分析图6.36~图6.39 各曲线,与公式(4-52)所表达的异径弯管大端承受扭矩时其极限扭矩由小端口截面控制的结论一致。由小端的应力变化绘制得扭矩应力曲线如图6.40~图6.41,求得异径弯管①的极限扭矩均为14.6kN·m。

 

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