Зміщення - нейтральна вісь - Велика Енциклопедія Нафти та Газа
Зміщення – нейтральна вісь
Відомо, що при згинанні кривої труби розподіл напруг за її перерізом відрізняється від лінійного закону. Причому мається на увазі не та відмінність, яка спостерігається при згинанні кривих стрижнів суцільного поперечного перерізу, що супроводжується зсувом нейтральної осі від середньої лінії. [31]
Якщо розміри перерізу не дуже малі в порівнянні з радіусом кільця (так зване кільце великої кривизни), то усунення нейтральної осі може помітно впливати на величину напружень та деформацій. Одна з причин відмінності у формулах, які можна зустріти у довідковій літературі з розрахунку кілець, полягає саме в тому, чи враховується усунення нейтральної осі щодо центрів тяжкості перерізів чи ні. [32]
Згинання труби з прямою віссю відбувається під дією сил, перпендикулярних до її осі, або під дією пари сил, прикладених до її осі. На відміну від звичайної теорії вигину, де поздовжні деформації волокон розраховуються в припущенні незмінності поперечного перерізу згинається балки, при згині труб необхідно враховувати, що напруги, що виникають, призводять до зміни форми поперечного перерізу труби, деформації стінки труби і зміщення нейтральної осі . У металі стінок труб при згині відбуваються пружні та пружно-пластичні деформації, що змінюють його фізико-механічні властивості. [33]
У деревині руйнування походить від розриву зовнішніх розтягнутих шарів. Для підвищення здатності деревини гнутися застосовують гідротермічну обробку, а для запобігання розриву волокон на опуклій стороні - різні шаблони. Шину накладають для усунення нейтральної осі та попередження розриву волокон із зовнішнього боку заготовки. І тут зона розтягнутих волокон зменшується, а зонастиснених збільшується, і нейтральна лінія може вийти у бік розтягнутих волокон за межі бруска, який піддається тільки деформації стиснення. [35]
Всі конструктивні елементи кесона працюють в умовах мембранного напруженого стану, тобто їх вигин зі своєї площини можна знехтувати. Це дозволяє моделювати ексцентриситет стрінгера, тобто зсув центру тяжкості перерізу стрінгера щодо поверхні обшивки, зміщенням нейтральної осі щодо центру зсуву. Такий спосіб завдання ексцентриситету можливий лише елемент Beam. При цьому панель, щодо якої визначається ексцентриситет, повинна також моделюватися елементами, що працюють на вигин, тобто елементами Plate. Альтернативою обраному способу є створення тонких стінок (див. рис. 9.4.) Обидва ці способи еквівалентні. [36]
Хопнер [190] зазначає, що до останнього часу більшість дослідників проводять випробування на корозійну втому, використовуючи вигин при обертанні, вигин плоскої пластини або скручування. Всі ці способи навантаження зразків не дозволяють провести випробування при позитивних або негативних значеннях середньої напруги. До того ж метод вигину при обертанні і метод вигину плоскої пластини створюють складно-напружений стан при зародженні тріщини втоми, наприклад, внаслідок зміщення нейтральної осі навантаження. [38]
Досвідчена напівавтоматична установка для гнуття відводів інституту Гіпростроммеханізація призначена для серійного виготовлення відводів із заздалегідь нарізаних заготовок діаметром до 325 мм при товщині стінки до 10 мм з кутом вигину до 120 і радіусом вигину 1 5 - 2ODH. Цикл роботи установки напівавтоматичний - всі операції, за винятком установки, заготівлі та знімання готового відведення, автоматизовані. наданому верстаті гнуття відведення проводиться не безперервно-послідовною гнучкою, а безперервно-послідовною осадкою нагрітого струмом ВЧ ділянки труби, що повинне призвести до зміщення нейтральної осі та зменшення потоншення зовнішньої частини вигину. [39]
У секції Offsets (Зміщення) вказуються усунення нейтральної осі елемента щодо лінії вузлів. За допомогою кнопки End А задається зміщення у першому вузлі, кнопки End A – у другому вузлі. Кнопка End BEnd А дозволяє прирівнювати усунення в другому вузлі до зміщення в першому. Усунення нейтральної осі задаються в стандартному діалоговому вікні Vector Locate. Напрямок вектора вказує напрямок зміщення, яке довжина визначає величину зміщення. [40]
Розглянемо приклад на рис. 5.31 де показано переріз з'єднання швелера з пластиною. Система координат перерізу швелера XY призначається при виборі перерізу та має початок у центрі тяжкості перерізу. Центр зсуву даного перерізу зміщений вздовж позитивного напрямку осі Z величину zjaff. При обчисленні характеристик перерізу включимо опцію обчислення усунення нейтральної осі щодо центру зсуву. [41]
У рішенні був використаний спосіб С.П.Тимошенко, згідно з яким із пластини вирізається кільце, внутрішній діаметр якого дорівнює діаметру отвору, а зовнішній - ширині пластини, навантажене силами на зовнішньому контурі (у косих майданчиках при одновісному розтягуванні), внаслідок чого розрахунок зводиться до дослідження статично невизначеного кільця прямокутного перерізу Виконання розрахунків пов'язане з великою обчислювальною роботою. На рис. 16 зображено графік залежності коефіцієнта концентрації напруги від часу. Однак введене їм спрощуюче припущення про те, що усунення нейтральної осі кільця постійно у всіх його перерізах, як показано в роботах[36, 37] може призвести до значної похибки. [43]
У зоні пластичного вигину зменшується живий переріз труби. Зменшення цього перерізу, як показали досліди, досягає 2 - 8% і залежить в основному від радіусу згинання. Природно, що для труб одного і того ж діаметра живий переріз зменшується тим більше, чим менше гнутий радіус. Нейтральна вісь, що збігається в прямій трубі з лінією центру ваги, при цьому зміщується у бік внутрішньої частини вигину так само, як при вигині кривого бруса з суцільним поперечним перерізом. Величина зміщення нейтральної осі при одній і тій же товщині стінок зростає зі збільшенням зовнішнього діаметра труб, а при тому самому зовнішньому діаметрі зростає зі збільшенням товщини стінки труби. Вплив зміщення нейтрального шару зміну товщини стінки труби досі недостатньо досліджено. Овальність має максимальну величину в центральній частині вигину і зменшується у напрямку початку і кінця його. Величина овальності за інших рівних умов залежить (для труб одного діаметра) головним чином від радіуса згинання. Зі зменшенням радіуса згинання величина овальності збільшується, а зі збільшенням радіусу, навпаки, зменшується. [44]