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,对同心异径管而言是指轴向高度等于零处和异径管高度处,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。
由实测可知,大小同心异径管的壁厚及表面硬度分布趋势一致。从大端截面到小端的截面,壁厚均是由薄到厚,两端端面的壁厚由厚到薄,小端端面的壁厚均比大端端面的壁厚要薄,因为小端的内孔在成型后经过了车削加工,去掉了部分壁厚。
6.5.1 内压试验
同心异径管①、④、⑤分别进行了内压作用的应力测试。其中,同心异径管①和④分别在弯矩和扭矩实验前进行,同心异径管⑤进行了专门的内压实验。
1) 应力曲线 同心异径管的应力曲线之一见图6.54,分析如下:(1) 内压作用下,同心异径管的经向应力与环向应力分布趋势一致,均是拉应力,均随着内压的增大而增大,大端的应力较大。(2) 在大端,经向应力略小于环向应力的一半,在小端,经向应力明显小于环向应力的一半。(3) 随着内压的增大,应力的增幅均有所减少。(4) 经向应力和环向应力的最大值位置一致,但不是在大端截面,而是在同心异径管高度中间稍为偏向大端一侧。(5) 不同经线上的环向应力或经向应力分布趋向一致且数值接近。
2) 极限内压 根据到22MPa 内压下的环向应力曲线的趋势延长得的曲线图6.55,求得极限内压为25.2MPa。经线B 处大端内压环向应力曲线求得的极限内压与经线H 处大端内压环向应力曲线求得的极限内压值相同。
6.5.2 弯矩试验
1) 应力曲线 分析结果:(1) 弯矩作用下,小端应力曲线的应力水平显著较大端的大。(2) 各应力分布曲线走势均在小端及其附近分散,在其他高度处较为集中。
2) 极限内压 同心异径管①的弯矩曲线如下:由图6.56 可知,弯矩作用下,同心异径管①小端受拉处外壁面的经向应力求取极限弯矩结果为18kN·m。
同心异径管⑦的弯矩应力曲线及其分析如下:由图6.57 至图6.59,按经向应力求取极限弯矩时,受拉侧、中性线侧的结果各为45kN·m 和44kN·m,最大相差10.2%。按中性线侧环向应力求得的结果各为39kN·m。结果同时说明环向应力较经向应力大,与公式(3-8)一致。各曲线求得的极限弯矩见表6.12。
6.5.3 扭矩试验
1) 应力曲线 分析图6.60~图6.63 各曲线可知:(1) 不同经线上的应力分布趋势基本一致,但应力值大小有差异,不超过10%。(2) 应力的分布趋势均是从大端到小端逐渐增大,大端的应力最小、小端的应力最大。(3) 最大主应力和最大剪应力均是拉应力,两者应力曲线基本一致,但最大主应力稍大一些,最小主应力为压应力。
2) 极限扭矩 由小端的应力变化绘制得扭矩应力曲线如图6.64~图6.67,求得的极限扭矩如表6.13 所示。最大剪应力为依据求取的极限扭矩较稳定。