CBT KFKc Spotkania KFKc 16 listopada 2004 Metody nośności granicznej
Metody nośności granicznej PDF Drukuj Email
Wpisany przez Janisław Zwoliński   
Wtorek, 16 Listopad 2004 01:00
Metody nośności granicznej i badań doświadczalnych.
Janisław Zwoliński (Inst. Techn. Lotniczej i Mechaniki Stosowanej, PW)

Przy analizie wytrzymałościowej urządzeń ciśnieniowych warto zastanowić się, jakie wielkości ciśnień występują w technice oraz w otaczającym nas świecie ziemskim i kosmicznym. "Normalne" ciśnienia, z jakimi zmagają się inspektorzy UDT to kilka atmosfer w domowych instalacjach wodociągowo-ciepłowniczych, do kilkuset atmosfer w energetyce i hydraulice siłowej. Przy tzw. ciśnieniowaniu żywności stosuje się ciśnienia rzędu 100 MPa do 1000MPa, a hodowla kryształów wymaga nawet 6000 MPa. Podobno laboratoryjnie osiągnięto statyczne ciśnienie 100000 MPa, ale jest to ledwie połowa ciśnienia panującego w środku naszej Ziemi. Prawdziwie kosmiczne ciśnienia panują w obiektach kosmicznych jak czarne dziury oraz gwiazdy neutronowe, gdzie gęstość materii przekracza sto miliardów ton na cm3.

Projektowanie urządzeń wysokociśnieniowych zrywa z tradycyjną inżynierską metodą naprężeń dopuszczalnych stosując metody tzw. nośności granicznej lub ogranicza się do odpowiednich metod doświadczalnych. W przypadku cyklicznego obciążania urządzenia ciśnieniowego w zakresie od zera do ciśnienia maksymalnego pmax można zasadniczo wyróżnić trzy rodzaje zjawisk wytrzymałościowych:

  • pmax < pe sprężysta praca urządzenia ciśnieniowego, ewentualne zniszczenie zmęczeniowe tzw. wysokocyklowe lub liczba cykli niszczących Nf−›∞
  • pmax < psh sprężysta praca urządzenia ciśnieniowego, ale po tzw. autofretażu (ang. shakedown), więc zjawiska zmęczeniowe podobne jak w w/w stanie sprężystym
  • psh < pmax < pL sprężysto - plastyczna praca urządzenia ciśnieniowego, przy czym zniszczenie może nastąpić w wyniku niskocyklowego zmęczenia materiału (alternating plasticity) lub szybsze zniszczenie w wyniku przyrostowo - przemiennego uplastyczniania materiału (tzw. ratcheting).

Wielkości ciśnień pe, /psh, pL oznaczają odpowiednio graniczne ciśnienie "sprężyste", shakedown oraz graniczne ciśnienie w stanie rozwiniętego plastycznego płynięcia (ang. limit load), przy czym wartości wymienionych ciśnień wyznacza się w procesie projektowania zwanym DBA (Design by Analysis), czyli przez bardziej złożone metody analizy wytrzymałościowej.

Przykładowo dla grubościennej rury cylindrycznej znane są następujące wzory:

    pe=Re [1-(a/b)2]/2 pL=Re ln(b/a) psh=min(2pe, pL)

gdzie: a=Dwewn/2 , /b=Dzewn/2

W wielu złożonych przypadkach urządzeń ciśnieniowych można zalecić wykonanie odpowiednich badań doświadczalnych, które w sposób pewny i często tańszy, pozwalają określić w/w parametry pracy urządzenia.

Zmieniony: Wtorek, 21 Kwiecień 2009 18:46