Предел прочности на растяжение материала трубопровода

ГлавнаяСтатьи и материалыПрочность труб на разрыв

Содержание

Прочность труб на разрыв

В настоящее время нормативно-правовая база на трубы PPR создана в России из десятка несогласованных между собой документов, большая часть из которых устарела. К примеру, такой параметр как прочность труб на разрыв должен определяться величиной временного сопротивления по формулам для стальных или чугунных труб. Ввиду того, что подавляющее количество производителей ППР труб работают в международном правовом поле, они сместили акцент в классификации труб не по их прочности на разрыв, а по тройке иных технических характеристик:

Максимальное рабочее давление (PN);
Температура рекристаллизации (максимально допустимая температура);
Стандартное размерное отношение (SDR).

Тем не менее, расчет предела прочности на разрыв необходим для сертификации продукции по ГОСТ 11262, его величина должна входить в амплитуду 34-35 Н/кв.мм (эта информация обычно указывается в сертификатах соответствия). По ISO 527 прочность на разрыв должна быть не менее 40 МПа.

Что такое и как рассчитывается предел прочности на разрыв для пластиковых труб?

Это понятие описано в ГОСТ 32415-2013 «Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления. Общие технические условия». Прочностью называется механическое свойство полипропиленовой трубы, определяющееся ее сопротивлением к разрушению и деформации под воздействием нагрузки. К нагрузкам относится давление, температура, ударные нагрузки, влияние магнитного поля.

Предел прочности на разрыв измеряется в мегапаскалях (МПа, килограмм силы на сантиметр квадратный), определяется путем испытаний с образцами в заполненном водой состоянии или с помощью математических расчетов. Предел прочности фиксируется фактом разрушения трубопровода, то есть при возникновении трещин, сильных деформаций, протечек, разрывов. При проведении испытаний инженер на специальных стендах регистрирует физические изменения образца при достижении определенных нагрузок. Примечательно, что при прохождении сертификации, результат определения предела прочности на разрыв определяется по среднеарифметическому значению не менее 5 испытаний.

Трубы с высоким показателем прочности на разрыв

трубы для водоснабжения из сырья Fusiolen произведенные в Германии.

Коэффициент линейного расширения составляет 0,035 мм/м
Низкий коэффициент теплопроводности — всего 0.15 Вт/м*K
Рабочая температура 95 градусов, давление 10 бар
Гарантия 10 лет и 20 миллионов Евро
Срок службы до 100 лет (Сертификат DVS)

трубы для водоснабжения из сырья Fusiolen произведенные в Германии.

Коэффициент линейного расширения составляет 0,035 мм/м
Низкий коэффициент теплопроводности — всего 0.15 Вт/м*K
Кислородонепроницаемость по СНиП 41-01-200 и DIN 4726
Рабочая температура 95 градусов, давление 10 бар
Гарантия 10 лет и 20 миллионов Евро
Срок службы до 100 лет (Сертификат DVS)

Проведение испытаний композитных полимеров

Основной документ, описывающий правила проведения испытаний по определению прочности труб на разрыв – ГОСТ 32656-2014 (эквивалент ISO 527-4:1997, ISO 527-5:2009). Он распространяется на напорные и безнапорные трубопроводы, трубы отопления, подачи воды, технических жидкостей, используется для проведения испытаний с обычными и армированными полимерными трубами (композитами, металлами, хаотично расположенными волокнами, стекловолокном, углеродным волокном).

Суть испытаний проста:

Выбирается минимум 5 образцов трубы, подготавливаются по ГОСТ 26277-84;
Подготавливается специальное оборудование, растягивающее фрагмент трубы вдоль вектора, совпадающего с осью трубы;
Инженер наблюдает за ходом испытаний, фиксируя возникающее разрушение или деформации.

После окончания испытания замеряется удлинение образца, толщина стенок в месте разрыва (она уменьшается). В качестве стенда применяются универсальные испытательные машины, у которых можно задать величину нагрузки, скорость ее увеличения и прочие параметры.

Формула вычисления напряжения при растяжении проста:

, где:

F – Сила (Н);
А – начальная площадь сечения образца (миллиметры).

Поскольку полипропилен имеет склонность к однородной распределенной деформации, уместно использовать адаптированную формулу определения деформации до предела текучести:

, где сравнивается увеличение длины образца пропорционально приложенной силе.

Во время испытаний ведется протокол с фиксацией линейных размеров с определенной частотой во времени. Метод проведения, формула расчета предела прочности труб на разрыв определяется в зависимости от свойств материала и характеристик образца (форма, размер, толщина стенок).

ГОСТы и сертификация

Расчет прочности труб на разрыв из полимеров (испытания) проводятся на основе следующих документов:/p>

ГОСТ 26277-84 – Описывает общие требования к подготовке образцов из пластика для проведения испытаний.
ГОСТ 12019-66 – Описывает правила проведения испытаний образцов из пластика.
ГОСТ 32794-2014 – Термины и основные понятия при работе с полимерами.

Сертификация труб по параметру прочности на разрыв:

ISO 527 – Описывает формулы, условия, способы определения механических свойств пластика при растяжении. В нем указаны требуемые условия для проведения испытаний из пластика.
ГОСТ 11262-2017 – Приведен в соответствие с международным стандартом ISO 527-2:2012, по сути это отечественная редакция нормативно-правовой базы для методов испытания на растяжение пластмасс.

Проектирование и монтаж трубопроводов из PPR:

СП 40-101-96 – свод правил по монтажу и проектированию;
СНиП 2.04.01-85, СНиП 3.05.01-85, СН-478-80, СН-550-82 – общая нормативно-правовая база для работы с водопроводом, отоплением, системами фильтрации и прочими трубопроводами.

Последствия превышения значений

Фактически, параметр прочность на разрыв используется для решения специальных инженерных задач и в нестандартных системах отопления, водоснабжения, фильтрации. Эта величина определяется в лаборатории при сертификации продукции, для получения свидетельства соответствия государственным и международным стандартам.

Для обывателя более важным является величина номинального давления (PN) – Pressure Nominal, то есть рабочее давление для трубопровода при температуре 20 °С. Эта величина также гарантирует, что при соблюдении рекомендаций производителя и допустимых условий внешней среды, трубопровод прослужит не менее 50 лет при минимальной длительности прочности MRS 6.3 МПа. Проще говоря, когда вы покупаете трубу PN20, она прослужит в течение как минимум 50 лет при давлении не меньше 6,3 МПа и температуре 20 °С. Также при расчете MRS (Минимальной длительной прочности) закладывается запас прочности 1,25, поэтому фактический срок службы может быть на 25 % дольше. Необходимость расчета прочности трубы на разрыв для обывателя, инженера, теплотехника, проектировщика практически полностью отпала.

Вопросы, комментарии, отзывы

Чтобы задать любой интересующий Вас вопрос, отправить запрос на расчет продукции или запросить необходимую документацию Вы можете воспользоваться специальной формой на сайте, отправить письмо по электронной почте или позвонить по телефону

Источник

14Ноя

By: Семантика
Без рубрики
Comment: 0

Содержание статьи

Предел прочности
Как производится испытание на прочность
Виды ПП
Предел прочности на растяжение стали
Предел текучести и временное сопротивление
Усталость стали
Предел пропорциональности
Как определяют свойства металлов
Механические свойства
Классы прочности и их обозначения
Формула удельной прочности
Использование свойств металлов
Пути увеличения прочностных характеристик

При строительстве объектов обязательно необходимо использовать расчеты, включающие подробные характеристики стройматериалов. В обратном случае на опору может быть возложена слишком большая, непосильная нагрузка, из-за чего произойдет разрушения. Сегодня поговорим о пределе прочности материала при разрыве и натяжении, расскажем, что это такое и как работать с этим показанием.

Предел прочности

ПП – будем использовать это сокращение, а также можно говорить об официальном сочетании «временное сопротивление» – это максимальная механическая сила, которая может быть применена к объекту до начала его разрушения. В данном случае мы не говорим о химическом воздействии, но подразумеваем, что нагревание, неблагоприятные климатические условия, определенная среда могут либо улучшать свойства металла (а также дерева, пластмассы), либо ухудшать.

Ни один инженер не использует при проектировании крайние значения, потому что необходимо оставить допустимую погрешность – на окружающие факторы, на длительность эксплуатации. Рассказали, что называется пределом прочности, теперь перейдем к особенностям определения.

Как производится испытание на прочность

Изначально особенных мероприятий не было. Люди брали предмет, использовали его, а как только он ломался, анализировали поломку и снижали нагрузку на аналогичное изделие. Теперь процедура гораздо сложнее, однако, до настоящего времени самый объективный способ узнать ПП – эмпирический путь, то есть опыты и эксперименты.

Все испытания проходят в специальных условиях с большим количеством точной техники, которая фиксирует состояние, характеристики подопытного материала. Обычно он закреплен и испытывает различные воздействия – растяжение, сжатие. Их оказывают инструменты с высокой точностью – отмечается каждая тысячная ньютона из прикладываемой силы. Одновременно с этим фиксируется каждая деформация, когда она происходит. Еще один метод не лабораторный, а вычислительный. Но обычно математический анализ используется вместе с испытаниями.

Определение термина

Образец растягивается на испытательной машине. При этом сначала он удлиняется в размере, а поперечное сечение становится уже, а затем образуется шейка – место, где самый тонкий диаметр, именно здесь заготовка разорвется. Это актуально для вязких сплавов, в то время как хрупкие, к ним относится чугун и твердая сталь, растягиваются совсем незначительно без образования шейки. Подробнее посмотрим на видео:

Виды ПП

Временное сопротивление разрыву определяют по различным воздействиям, согласно этому его классифицируют по:

сжатию – на образец действуют механические силы давления;
изгибу – деталь сгибают в различные стороны;
кручению – проверяется пригодность для использования в качестве крутящегося вала;
растяжению – подробный пример проверки мы привели выше.

Предел прочности на растяжение стали

Стальные конструкции давно заменили прочие материалы, так как они обладают отличными эксплуатационными характеристиками – долговечностью, надежностью и безопасностью. В зависимости от применяемой технологии, он подразделяется на марки. От самой обычной с ПП в 300 Мпа, до наиболее твердой с высоким содержанием углерода – 900 Мпа. Это зависит от двух показателей:

Какие способы термообработки применялись – отжиг, закалка, криообработка.
Какие примеси содержатся в составе. Одни считаются вредными, от них избавляются для чистоты сплава, а вторые добавляют для укрепления.

Предел текучести и временное сопротивление

Новый термин обозначается в технической литературе буквой Т. Показатель актуален исключительно для пластичных материалов и обозначает, как долго может деформироваться образец без увеличения на него внешней нагрузки.

Обычно после преодоления этого порога кристаллическая решетка сильно меняется, перестраивается. Результатом выступают пластические деформации. Они не являются нежелательными, напротив, происходит самоупрочнение металла.

Усталость стали

Второе название – предел выносливости. Его обозначают буквой R. Это аналогичный показатель, то есть он определяет, какая сила может воздействовать на элемент, но не в единичном случае, а в цикле. То есть на подопытный эталон циклично, раз за разом действуют определенные давления. Среднее количество повторений – 10 в седьмой степени. Именно столько раз металл должен без деформаций и потери своих характеристик выдержать воздействие.

Если проводить эмпирические испытания, то потребуется множество времени – нужно проверить все значения силы, прикладывая ее по множеству циклов. Поэтому обычно коэффициент рассчитывается математически.

Предел пропорциональности

Это показатель, определяющий длительность оказываемых нагрузок к деформации тела. При этом оба значения должны изменяться в разный степени по закону Гука. Простыми словами: чем больше оказывается сжатие (растяжение), тем сильнее деформируется образец.

Значение каждого материала находится между абсолютной и классической упругостью. То есть если изменения обратимы, после того как сила перестала действовать (форма стала прежняя – пример, сжатие пружины), то такие параметры нельзя называть пропорциональными.

Как определяют свойства металлов

Проверяют не только то, что называют пределом прочности, но и остальные характеристики стали, например, твердость. Испытания проводят следующим образом: в образец вдавливают шарик или конус из алмаза – наиболее прочной породы. Чем крепче материал, тем меньше след остается. Более глубокие, с широким диаметром отпечатки остаются на мягких сплавах. Еще один опыт – на удар. Воздействие оказывается только после заранее сделанного надреза на заготовке. То есть разрушение проверяется для наиболее уязвимого участка.

Механические свойства

Различают 5 характеристик:

Предел прочности стали при растяжении и на разрыв это – временное сопротивление внешним силам, напряжение, возникающее внутри.
Пластичность – это возможность деформироваться, менять форму, но сохранять внутреннюю структуру.
Твердость – готовность встретиться с более твердым материалом и не получить значительных ущербов.
Ударная вязкость – способность сопротивляться ударам.
Усталость – длительность сохранения качеств под воздействием цикличных нагрузок.

Классы прочности и их обозначения

Все категории записаны в нормативных документах – ГОСТах, по ним все российские предприниматели изготавливают любой металлопрокат и прочие металлические изделия. Вот соответствие обозначения и параметра в таблице:

Класс	Временное сопротивление, Н/мм2
265	430
295	430
315	450
325	450
345	490
355	490
375	510
390	510
440	590

Видим, что для некоторых классов остается одинаковыми показатели ПП, это объясняется тем, что при равных значениях у них может различаться текучесть или относительное удлинение. В зависимости от этого возможна различная максимальная толщина металлопроката.

Формула удельной прочности

R с индексом «у» – обозначение данного параметра в физике. Рассчитывается как ПП (в записи – R) поделенное на плотность – d. То есть этот расчет имеет практическую ценность и учитывает теоретические знания о свойствах стали для применения в жизни. Инженеры могут сказать, как меняется временное сопротивление в зависимости от массы, объема изделия. Логично, что чем тоньше лист, тем легче его деформировать.

Формула выглядит так:

Ry = R/d

Здесь будет логичным объяснить, в чем измеряется удельный предел прочности. В Н/мм2 – это вытекает из предложенного алгоритма вычисления.

Использование свойств металлов

Два важных показателя – пластичность и ПП – взаимосвязаны. Материалы с большим первым параметром намного медленнее разрушаются. Они хорошо меняют свою форму, подвергаются различным видам металлообработке, в том числе объемной штамповке – поэтому из листов делают элементы кузова автомобиля. При малой пластичности сплавы называют хрупкими. Они могут быть очень твердыми, но при этом плохо тянуться, изгибаться и деформироваться, например, титан.

Сопротивление

Есть два типа:

Нормативное – прописано для каждого типа стали в ГОСТах.
Расчетное – получается после вычислений в конкретном проекте.

Первый вариант скорее теоретический, для практических задач используется второй.

Пути увеличения прочностных характеристик

Есть несколько способов это сделать, два основных:

добавка примесей;
термообработка, например, закал.

Иногда они используются вместе.

Общие сведения о сталях

Все они обладают химическими свойствами и механическими. Ниже подробнее поговорим о способах увеличения прочности, но для начала представим схему, на которой представлены все разновидности:

Также посмотрим более подробное видео:

Углерод

Чем больше углеродность вещества, тем выше твердость и меньше пластичность. Но в составе не должно быть более 1% химического компонента, так как большее количество приводит к обратному эффекту.

Марганец

Очень полезная добавка, но при массовой доле не более двух процентов. Обычно Mn добавляют для улучшения качеств обрабатываемости. Материал становится более подвержен ковке и свариванию. Это объясняется вытеснением кислорода и серы.

Кремний

Эффективно повышает прочностные характеристики, при этом не затрагивая пластичность. Максимальное содержание – 0,6%, иногда достаточно и 0,1%. Хорошо сочетается с другими примесями, в совокупности можно увеличить устойчивость к коррозии.

Азот и кислород

Если они попадают в сплав, но ухудшают его характеристики, при изготовлении от них пытаются избавиться.

Легирующие добавки

Также можно встретить следующие примеси:

Хром – увеличивает твёрдость.
Молибден – защищает от ржавчины.
Ванадий – для упругости.
Никель – хорошо влияет на прокаливаемость, но может привести к хрупкости.

Эти и другие химические вещества должны применяться в строгих пропорциях в соответствии с формулами. В статье мы рассказали про предел прочности (кратковременное сопротивление) – что это, и как с ним работать. Также дали несколько таблиц, которым можно пользоваться при работе. В качестве завершения, давайте посмотрим видеоролик:

Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с нашими менеджерами по телефонам 8 (908) 135-59-82; (473) 239-65-79; 8 (800) 707-53-38. Они ответят на все ваши вопросы.

Источник