Предел прочности при растяжении труб

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

ГОСТ Р 53652.1-2009
(ИСО 6259-1:1997)

Группа Л29

ОКС 23.040.20
ОКСТУ 2209

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом по стандартизации ТК 241 «Пленки, трубы, фитинги, листы и другие изделия из пластмасс» на основе собственного аутентичного перевода на русский язык стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 241 «Пленки, трубы, фитинги, листы и другие изделия из пластмасс»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2009 г. N 1014-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 6259-1:1997 «Трубы из термопластов. Определение свойств при растяжении. Часть 1. Общий метод испытания» (ISO 6259-1:1997 «Thermoplastics pipes — Determination of tensile properties — Part 1:General test method») путем изменения отдельных фраз (слов, ссылок), которые выделены в тексте курсивом*, а также путем исключения ссылки на ИСО 5893:1993, т.к. он не введен в качестве национального стандарта Российской Федерации, в разделе 4 приведены требования к испытательной машине; кроме того в ИСО 6259-1:1997 ссылка дана на старое издание ИСО 5893:1993.

Дополнительные слова, фразы, ссылки включены для учета особенностей Российской национальной стандартизации и выделены полужирным курсивом*.

В настоящий стандарт не включены фраза в подразделе 4.4 и подраздел 6.2 примененного международного стандарта, которые нецелесообразно применять в Российской Федерации в связи с неконкретностью фразы, отсутствием методики приведения данных испытаний при температуре, отличной от 23 °С, и несопоставимости результатов. Указанные фраза и подраздел, не включенные в основную часть национального стандарта, приведены в дополнительном приложении ДА.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2004 (подраздел 3.5)

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Введение

Настоящий стандарт устанавливает общие требования к методу определения свойств при растяжении труб из термопластов.

Испытание на растяжение следует рассматривать, прежде всего, как испытание материала в форме трубы. Результаты могут применяться для контроля процесса переработки материала, но не для количественной оценки длительной эксплуатационной прочности труб.

Этот метод может предоставить данные для дальнейших испытаний в целях научных исследований и разработок, но он не пригоден для таких областей применения, в которых условия приложения нагрузки значительно отличаются от данного метода и для которых требуются соответствующие дополнительные испытания, например на удар, ползучесть и усталость.

Настоящий стандарт входит в серию стандартов под общим наименованием «Трубы из термопластов. Метод определения свойств при растяжении»:

— Часть 1. Общие требования;

— Часть 2. Трубы из непластифицированного поливинилхлорида, хлорированного поливинилхлорида и ударопрочного поливинилхлорида;

— Часть 3. Трубы из полиолефинов.

В первой части изложены общие требования к методу определения свойств при растяжении труб из термопластов. В двух других частях изложены методы испытания труб, изготовленных из различных термопластов, и рекомендуемые основные технические требования, приведенные в справочных приложениях.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие требования к методу определения свойств при растяжении труб из термопластов, включая следующие:

— предел текучести при растяжении;

— относительное удлинение при разрыве.

Настоящий стандарт распространяется на все типы труб из термопластов, независимо от их назначения.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 50779.22-2005 (ИСО 2602:1980) Статистические методы. Статистическое представление данных. Точечная оценка и доверительный интервал для среднего (ИСО 2602:1980 «Статистическое представление результатов испытаний. Оценка среднего. Доверительный интервал», IDT)

ГОСТ Р 53652.2-2009 (ИСО 6259-2:1997) Трубы из термопластов. Метод определения свойств при растяжении. Часть 2. Трубы из непластифицированного поливинилхлорида, хлорированного поливинилхлорида и ударопрочного поливинилхлорида [ИСО 6259-2:1997 «Трубы из термопластов. Определение свойств при растяжении. Часть 2. Трубы из непластифицированного поливинилхлорида (PVC-U), хлорированного поливинилхлорида (PVC-C) и ударопрочного поливинилхлорида (PVC-HI»), MOD]

ГОСТ Р 53652.3-2009 (ИСО 6259-3:1997) Трубы из термопластов. Метод определения свойств при растяжении. Часть 3. Трубы из полиолефинов (ИСО 6259-3:1997 «Трубы из термопластов. Определение свойств при растяжении. Часть 3. Трубы из полиолефинов», MOD)

ГОСТ 6507-90* Микрометры. Технические условия
_______________
* В бумажном оригинале обозначение и номер стандарта приводятся полужирным курсивом. — Примечание изготовителя базы данных.

ГОСТ 24157-80 Трубы из пластмасс. Метод определения стойкости при постоянном внутреннем давлении (ИСО 1167:1996 «Трубы из термопластов для транспортирования жидких и газообразных сред. Стойкость к внутреннему давлению», NEQ)

ГОСТ 26277-84 Пластмассы. Общие требования к изготовлению образцов способом механической обработки (ИСО 2818:1994, NEQ)

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Сущность метода

Свойства при растяжении определяют на испытательной машине в установленных условиях испытания на образцах заданной формы и размеров, изготовленных из трубы из термопласта вырубкой штампом-просечкой или путем механической обработки.

4 Аппаратура

4.1 Испытательная машина, обеспечивающая постоянную скорость раздвижения зажимов в пределах, требуемых ГОСТ Р 53652.2 и ГОСТ Р 53652.3, и удовлетворяющая требованиям, приведенным в 4.2-4.4.

4.2 Зажимы для закрепления образца, присоединенные к машине так, чтобы продольная ось образца совпадала с направлением растяжения, проходящего через центральную ось соединения, например путем использования центрирующего стержня в зажимах. Испытуемый образец должен удерживаться таким образом, чтобы предотвратить скольжение относительно зажимов, это достигается выбором типа зажимов, которые поддерживают или увеличивают давление на образец, когда прикладываемая нагрузка возрастает.

Система крепления не должна вызывать преждевременное разрушение в зажимах.

4.3 Индикатор нагрузки, имеющий механизм, способный показывать суммарную растягивающую нагрузку на образец, находящийся в зажимах, свободный от инерционного запаздывания при заданной скорости испытания, обеспечивающий измерение нагрузки при растяжении образца с погрешностью не более 1% от текущего значения.

4.4 Экстензометр для определения расчетной длины испытуемого образца в любой момент испытания, обеспечивающий измерение деформации с погрешностью до 1%, исключающий инерционное запаздывание при указанной скорости испытания. При использовании механического экстензометра его закрепляют непосредственно на испытуемом образце таким образом, чтобы исключить возможные повреждения и деформацию образца, а также скольжение между экстензометром и образцом.

Примечание — Предпочтительно применять прибор, автоматически регистрирующий указанную длину или ее изменение.

4.5 Микрометр по ГОСТ 6507* или эквивалентное средство измерений с ценой деления не более 0,01 мм для измерения толщины и ширины испытуемого образца.
_______________
* В бумажном оригинале обозначение и номер стандарта приводятся полужирным курсивом. — Примечание изготовителя базы данных.

4.6 Штамп-просечка, соответствующая профилю, приведенному в ГОСТ Р 53652.2 или ГОСТ Р 53652.3.

4.7 Фрезерный или другой станок по ГОСТ 26277* и фреза для изготовления испытуемого образца, указанного в ГОСТ Р 53652.2 или ГОСТ Р 53652.3.
_______________
* В бумажном оригинале обозначение и номер стандарта приводятся полужирным курсивом. — Примечание изготовителя базы данных.

5 Испытуемые образцы

5.1 Типы испытуемых образцов

Испытуемые образцы (далее — образцы) должны соответствовать типу, указанному в ГОСТ Р 53652.2 или ГОСТ Р 53652.3.

5.2 Изготовление образцов

5.2.1 Изготовление образцов из трубы

Из трубы в состоянии поставки (т.е. не подвергнутой нагреву или сплющиванию) отрезают образцы, из которых вырезают полосы таким образом, чтобы их оси были параллельны оси трубы, а расположение их соответствовало перечислениям а) или б), изложенным ниже:

а) Трубы номинальным наружным диаметром 63 мм и менее

Используют отрезки трубы длиной приблизительно 150 мм. Вырезают полосы из этих отрезков, размещая их по окружности, начиная от основной линии, принятой за линию отсчета.

Вырезают не менее трех полос из этих отрезков так, чтобы получить три образца (таблица 1), если не установлено иное в стандарте или техническом документе на изделие;

Таблица 1 — Количество образцов

Номинальный наружный диаметр , мм	16<75	75<280	280<450	450
Количество секторов или полос для изготовления образцов	3	5	5	8

б) Трубы номинальным наружным диаметром более 63 мм

Используют отрезок трубы длиной приблизительно 150 мм.

Вырезают полосы из отрезка таким образом, чтобы они располагались приблизительно равномерно по окружности трубы, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1 — Изготовление образцов

1 — сектор; 2 — полоса; 3 — испытуемый образец

Рисунок 1 — Изготовление образцов

Разделяют окружность отрезка трубы на число секторов, в зависимости от диаметра трубы, как указано в таблице 1, если не установлено иное в стандарте или техническом документе на изделие. Из каждой полосы изготовляют один образец.

5.2.2 Способы изготовления образцов

5.2.2.1 Способы

Образцы изготовляют из центра полосы, вырезанной из отрезка трубы, вырубкой штампом-просечкой или механической обработкой способом, изложенным в стандарте или техническом документе на изделие.

5.2.2.2 Вырубка штампом-просечкой

Образец вырубают из полосы штампом-просечкой (4.6) с ровными режущими поверхностями без зазубрин соответствующего профиля по ГОСТ Р 53652.2 или ГОСТ Р 53652.3.

5.2.2.3 Механическая обработка

Образец изготовляют фрезерованием, используя, при необходимости, шаблон.

Форму фрезы и режим механической обработки (скорость вращения и подачи) выбирают таким образом, чтобы избежать нагревания образца и повреждения его поверхности в виде трещин, царапин, сколов и других видимых дефектов.

Читайте также: При растяжении у лошади

Механическую обработку проводят с учетом ГОСТ 26277.

5.2.2.4 Контрольные метки

Контрольные метки, ограничивающие расчетную длину , должны быть расположены на равном расстоянии от центра образца, а расстояние между ними измеряют с погрешностью не более 1%.

Контрольные метки не допускается наносить на образец царапанием, перфорированием, тиснением или другим способом, повреждающим испытуемый материал. Применяемая маркировочная жидкость также не должна оказывать разрушающего воздействия на испытуемый материал, а параллельные линии должны быть настолько тонкими, насколько это возможно.

5.2.2.5 Испытание проводят на образцах в количестве, указанном в таблице 1, в зависимости от номинального наружного диаметра, если не установлено иное в стандарте или техническом документе на изделие.

6 Кондиционирование

6.1 Перед испытанием образцы кондиционируют в воздушной камере (помещении) или в ванне с водой при температуре (23±2) °С в течение времени, указанного в таблице 2 ГОСТ 24157, в зависимости от толщины стенки образца.

Таблица 2 — Условия кондиционирования
Номинальная толщина стенки , мм	Время кондиционирования
<3	1 ч ±5 мин
3<8	3 ч ±15 мин
8<16	6 ч ±30 мин
16<32	(10±1) ч
32	(16±1) ч
[ГОСТ 24157-80, пункт 3.3, таблица 2]

Образцы испытывают не ранее чем через 15 ч после изготовления труб, если не установлено иное в стандарте или техническом документе на изделие.

7 Скорость испытания

Скорость испытания зависит от материала и толщины стенки трубы и должна соответствовать установленной ГОСТ Р 53652.2 или ГОСТ Р 53652.3, если не указано иное в стандарте или техническом документе на изделие.

8 Проведение испытания

8.1 Испытание проводят при температуре (23±2) °С следующим образом.

8.2 Измеряют ширину и минимальную толщину стенки на центральной части образца между контрольными метками с точностью до 0,01 мм. Рассчитывают минимальную площадь поперечного сечения.

8.3 Устанавливают образец в испытательную машину (4.1) таким образом, чтобы ось образца совпадала с направлением приложения растягивающей нагрузки. Зажимы равномерно затягивают так, чтобы исключить скольжение образца в процессе испытания.

8.4 В случае необходимости, устанавливают и настраивают экстензометр (4.4) на расчетную длину образца (ограниченную контрольными метками).

8.5 Устанавливают скорость проведения испытания на заданное значение и приводят машину в движение.

8.6 Записывают кривую напряжение/удлинение вплоть до разрыва образца и отмечают на этой кривой нагрузку при пределе текучести и расчетную длину при разрыве или непосредственно записывают значения нагрузки в момент достижения предела текучести и расчетной длины образца в момент разрыва.

Допускается измерять расчетную длину в момент разрыва измерительной металлической линейкой с ценой деления не более 1 мм.

Образцы, которые выскользнули из зажимов во время испытания, разрушились в одной из головок или деформировались таким образом, что это привело к изменению ее ширины, заменяют другими в том же количестве и испытывают вновь.

9 Обработка результатов

9.1 Предел текучести при растяжении

Предел текучести при растяжении каждого образца , МПа, вычисляют исходя из начальной площади его поперечного сечения, по формуле

, (1)

где — нагрузка при достижении предела текучести, Н;

— начальная площадь поперечного сечения образца, мм.

Результат округляют до трех значащих цифр.

Примечание — Предел текучести фактически должен рассчитываться с использованием площади поперечного сечения образца при пределе текучести, но для удобства применяют начальную площадь поперечного сечения.

9.2 Относительное удлинение при разрыве

Относительное удлинение при разрыве каждого образца , %, вычисляют по формуле

, (2)

где — расчетная длина в момент разрыва, мм;

— начальная расчетная длина образца, мм.

Результат округляют до трех значащих цифр.

9.3 Статистические параметры

Рассчитывают, при необходимости, стандартные отклонения и доверительные интервалы для среднего с вероятностью 95% по ГОСТ Р 50799.22*.
_______________
* Вероятно ошибка оригинала. Следует читать ГОСТ Р 50779.22. — Примечание изготовителя базы данных.

9.4 Повторные испытания

Если на одном или более образцах получены неудовлетворительные результаты, то проводят повторные испытания на удвоенном количестве образцов. Например, если из пяти испытанных образцов на двух получены неудовлетворительные результаты, то повторные испытания проводят еще на четырех образцах.

10 Протокол испытания

Протокол испытания должен содержать:

а) ссылку на настоящий стандарт;

б) характеристику испытуемых труб, включая материал, из которого они изготовлены, тип, изготовителя, номинальные размеры и т.д.;

в) тип применяемых образцов и способ их изготовления;

г) температуру в помещении при испытании и условия кондиционирования образцов;

д) количество испытанных образцов;

е) скорость испытания;

ж) предел текучести (единичные значения, среднеарифметическое значение и стандартное отклонение);

и) относительное удлинение при разрыве (единичные значения, среднеарифметическое значение и стандартное отклонение);

к) другие факторы, не предусмотренные настоящим стандартом, которые могли повлиять на результаты, такие как непредвиденные ситуации и любые особенности (например посторонние включения), обнаруженные на образцах или в поперечном сечении в месте разрыва;

л) дату проведения испытания.

Приложение ДА (справочное). Перечень структурных элементов стандарта ИСО 6259-1, не включенных в настоящий стандарт

Приложение ДА
(справочное)

Таблица ДА.1

Структурный элемент	Текст применяемого международного стандарта, не включенный в настоящий стандарт
4.4	Измерение удлинения в пределах базовой длины испытуемого образца во время движения зажимов снижает точность определения, и этого следует, по возможности, избегать
6.2	6.2 Кондиционирование и испытание можно также проводить при температуре (27±2) °С (в соответствии с ИСО 291), но в этом случае полученные данные должны быть приведены к 23 °С (стандартная температура)

Электронный текст документа
подготовлен ЗАО «Кодекс» и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2010

Источник