Οι σωλήνες με προφίλ γίνονται ένα ολοένα και πιο δημοφιλές δομικό υλικό. Χρησιμοποιούνται για την κατασκευή δομικών στοιχείων όπως δάπεδα, φέροντα πλαίσια και δοκοί. Αυτή η ευρεία χρήση οφείλεται κυρίως στην ευκολία κατασκευής, λειτουργίας και συντήρησης των κατασκευών, καθώς και στο ελαφρύ βάρος των ίδιων των προϊόντων.
Ωστόσο, είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι ο σωλήνας προφίλ πρέπει να έχει αυξημένη αντοχή σε κάμψη και ο τρόπος υπολογισμού του θα συζητηθεί αργότερα στο άρθρο.
Σας προτείνουμε να το εκμεταλλευτείτε Μια ηλεκτρονική αριθμομηχανή για τον υπολογισμό της αντοχής σε κάμψη δοκών διαφόρων διατομών κατασκευασμένων από σωλήνες.
Χαρακτηριστικά και ιδιότητες των προϊόντων προφίλ
Οι σωλήνες προφίλ είναι σωλήνες με διατομή διαφορετική από την κυκλική. Οι πιο συνηθισμένες επιλογές είναι οι ορθογώνιες και οι τετράγωνες. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η ιδιαίτερη δημοτικότητα αυτού του τύπου οφείλεται σε ένα από τα βασικά του πλεονεκτήματα: την ελαφριά κατασκευή.
Επιπλέον, το μοναδικό τους σχήμα απλοποιεί σημαντικά τη στερέωση τόσο μεταξύ τους όσο και σε άλλες επιφάνειες. Αυτός ο τύπος δομικού προϊόντος, σύμφωνα με τα πρότυπα GOST, κατασκευάζεται από ένα ευρύ φάσμα μετάλλων και κραμάτων. Ωστόσο, οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι είναι οι χαλύβδινοι σωλήνες με προφίλ από άνθρακα και χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε κράμα.
Κάθε μέταλλο έχει μια σημαντική φυσική ιδιότητα—το σημείο αντίστασής του. Αυτό μπορεί να είναι είτε ελάχιστο είτε μέγιστο. Το τελευταίο, για παράδειγμα, είναι η αιτία παραμόρφωσης σε ανεγέρσιμες κατασκευές, που οδηγεί σε κάμψη και, κατά συνέπεια, σε θραύση.
Κατά την κάμψη, είναι σημαντικό να αξιολογούνται χαρακτηριστικά όπως το μέγεθος, η διατομή, ο τύπος του προϊόντος, η πυκνότητά του, καθώς και η ακαμψία και η ευκαμψία του υλικού. Η γνώση όλων αυτών των γενικών ιδιοτήτων του μετάλλου μας βοηθά να κατανοήσουμε πώς θα αποδίδει η δομή κατά τη χρήση.
Είναι σημαντικό να θυμάστε ότι όταν λυγίζετε ένα προϊόν, τα εσωτερικά μέρη της δομής συμπιέζονται, η πυκνότητά τους αυξάνεται και τα ίδια μειώνονται σε μέγεθος. Το εξωτερικό στρώμα, κατά συνέπεια, γίνεται μακρύτερο, λιγότερο πυκνό, αλλά πιο ελαστικό.
Επιπλέον, τα κεντρικά τμήματα διατηρούν τα αρχικά τους χαρακτηριστικά ακόμη και μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας. Επομένως, θα πρέπει πάντα να θυμάστε ότι στο Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κάμψης, η τάση θα προκύψει αναπόφευκτα ακόμη και σε περιοχές που βρίσκονται όσο το δυνατόν πιο μακριά από την ουδέτερη ζώνη.Η μέγιστη πίεση θα είναι σε εκείνα τα στρώματα που βρίσκονται πολύ κοντά σε αυτόν τον ουδέτερο άξονα.
Επιτρεπόμενες ακτίνες κάμψης με βάση την αντοχή του υλικού
Τα πρότυπα GOST ρυθμίζουν με μεγάλη λεπτομέρεια τόσο τις ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά των στοιχείων, όσο και τις διαδικασίες μετασχηματισμού τους. Αυτό περιλαμβάνει την ελάχιστη ακτίνα κάμψης ενός σωλήνα προφίλ. Προσδιορίζεται με βάση τις συνθήκες κάμψης. Κατά την κάμψη με άμμο που έχει τοποθετηθεί στον σωλήνα ή με θέρμανση, η εξωτερική διάμετρος πρέπει να είναι τουλάχιστον 3,5DN.
Εάν ο πλοίαρχος έχει την ικανότητα να υποβάλει αίτηση εξειδικευμένος εξοπλισμός (για παράδειγμα, μηχανή κάμψης σωλήνων), η οποία επιτρέπει την εκτέλεση των απαραίτητων λειτουργιών χωρίς θέρμανση ή άλλες πρόσθετες ενέργειες, τότε σε αυτήν την περίπτωση η διάμετρος πρέπει να είναι τουλάχιστον 4DN.
Αν θέλετε να κάνετε μια αρκετά απότομη καμπύλη, για παράδειγμα για να φτιάξετε μια καμπύλη διακλάδωσης ή αγωγού αποχέτευσης, τότε σε αυτήν την περίπτωση η διάμετρος πρέπει να είναι τουλάχιστον 1DN, καθώς η κάμψη θα γίνει με άλλες μεθόδους, κυρίως χρησιμοποιώντας υψηλές θερμοκρασίες.
Φυσικά, οι τιμές που ορίζονται από τα κρατικά πρότυπα μπορούν να μειωθούν ελαφρώς, αλλά σε αυτήν την περίπτωση, η αντοχή κάμψης του σωλήνα πρέπει να υπολογιστεί πολύ προσεκτικά. Εάν η μέθοδος κάμψης επιτρέπει μια ορισμένη μείωση του πάχους τοιχώματος κατά 15% του αρχικού, είναι πιθανές αποκλίσεις από το πρότυπο GOST και η ίδια η κάμψη μπορεί να πραγματοποιηθεί κάτω από τις καθορισμένες τιμές, οι οποίες δεν θα επηρεάσουν σημαντικά την επακόλουθη αντοχή.
Χρησιμοποιούμενοι τύποι και πίνακες
Για να υπολογίσετε με επιτυχία την παραμόρφωση ενός σωλήνα χωρίς απρόβλεπτες επιπλοκές, πρέπει να προσδιορίσετε το μήκος του εξαρτήματος. Αυτή η τιμή υπολογίζεται χρησιμοποιώντας έναν απλό τύπο:
L = 0,0175 × r × α + I
Σε αυτήν την έκφραση, οι κύριοι δείκτες αντιπροσωπεύονται από τις ακόλουθες εκφράσεις γραμμάτων:
- r – ακτίνα κάμψης του σωλήνα προφίλ (mm).
- α - αντιστοιχεί στη γωνία που τελικά θέλετε να επιτύχετε·
- I – απόσταση 100/300 που χρησιμοποιείται κατά την εργασία με ειδικό εξοπλισμό για τη συγκράτηση του τεμαχίου εργασίας.
Κατά τον υπολογισμό της εκτροπής ενός σωλήνα, ένα σημαντικό στάδιο της εργασίας είναι ο υπολογισμός του στοιχείου κάμψης.
Δείτε το βίντεο
Όταν κάνουμε μια εκτίμηση, πρέπει να εκτιμήσουμε το μέγεθος του τμήματος που πρέπει να λυγίσει. Ο τύπος για αυτό είναι εξαιρετικά απλός και μοιάζει με αυτόν:
U = π × α / 180 (r + DH / 2)
Εδώ, τα στοιχεία που περιλαμβάνονται στον τύπο μπορούν να αναπαρασταθούν ως εξής:
- Το π σε αυτήν την περίπτωση λαμβάνεται ίσο με 3,14.
- α – αντιπροσωπεύει τη γωνία κάμψης, εκφρασμένη σε μοίρες·
- r – ακτίνα κάμψης (mm).
- DH – εξωτερική διάμετρος.
Για την ευκολία του πλοιάρχου και για μέγιστη ασφάλεια κατά την εργασία, καθώς και κατά τη λειτουργία ανεγερμένων κατασκευών από χαλκό και ορείχαλκο, τα GOST περιέχουν τις ελάχιστες τιμές για τα κύρια χαρακτηριστικά που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της αντοχής σε κάμψη ενός σωλήνα προφίλ.
Για την καλύτερη εξυπηρέτησή σας, τα κύρια χαρακτηριστικά που απαιτούνται για τον προσδιορισμό της αντοχής σε κάμψη ενός σωλήνα προφίλ παρουσιάζονται στον πίνακα.
Πίνακας 1.
Ενώ ο προηγούμενος πίνακας περιείχε κυρίως σταθερές τιμές για στοιχεία από χαλκό και ορείχαλκο, ο επόμενος θα καλύψει δεδομένα για στοιχεία από χάλυβα. Αυτός ο πίνακας σάς επιτρέπει να εκτιμήσετε το φορτίο κάμψης ενός σωλήνα προφίλ (GOST Αρ. 3262/75).
Πίνακας 2.
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το πάχος του τοιχώματος παίζει βασικό ρόλο στον υπολογισμό της αντοχής σε κάμψη ενός τετράγωνου σωλήνα (καθώς και ενός στρογγυλού σωλήνα). Επομένως, ο ακόλουθος πίνακας επιτρέπει να ληφθούν υπόψη τόσο το πάχος όσο και η διάμετρος του τοιχώματος στους υπολογισμούς.
Πίνακας 3.
Τεχνολογία διεργασίας κάμψης
Όπως έχει ήδη ορθώς σημειωθεί, οποιαδήποτε παραμόρφωση μιας μεταλλικής κατασκευής προκαλεί πρόσθετη τάση στα τοιχώματα της κατασκευής. Στο εσωτερικό στρώμα, αυτό οφείλεται στην αύξηση της πυκνότητας του μετάλλου λόγω συμπίεσης, ενώ στο εξωτερικό στρώμα ισχύει το αντίθετο: η τάση, η οποία μειώνει την πυκνότητα του μετάλλου.
Κατά την κάμψη, το σχήμα της διατομής αλλάζει όπως αναμένεται. Αυτό ισχύει για στρογγυλούς, ορθογώνιους και τετράγωνους σωλήνες. Για τους δύο τελευταίους, αυτές οι αλλαγές δεν είναι πολύ έντονες, κάτι που δεν ισχύει για τους στρογγυλούς σωλήνες.
Έτσι, το προφίλ του δακτυλίου γίνεται οβάλ. Αξίζει να σημειωθεί ότι η μεγαλύτερη αλλαγή στο σχήμα μπορεί να παρατηρηθεί απευθείας στην καμπή, και όσο πιο μακριά από αυτήν, τόσο πιο κοντά θα παραμείνει η διατομή στο αρχικό της σχήμα.
Δείτε το βίντεο
Ωστόσο, είναι σημαντικό να αξιολογείται με ακρίβεια η δύναμη της κρούσης και ο βαθμός παραμόρφωσης του σωλήνα για να αποφευχθούν περιττές ρωγμές και παραμορφώσεις. Για ένα εξάρτημα με διάμετρο έως 20 mm, ο βαθμός οβάλ παραμόρφωσης δεν πρέπει να υπερβαίνει το 15%.
Καθώς το προφίλ αυξάνεται, η τιμή μειώνεται περαιτέρω, φτάνοντας μόνο στο 12,5%. Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας είναι η παρουσία πτυχώσεων (τα προϊόντα με λεπτά τοιχώματα είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα σε αυτό). Αυτός ο παράγοντας είναι ιδιαίτερα σημαντικός εάν η δομή κάμψης θα χρησιμεύσει ως αγωγός.
Οι πτυχώσεις που προκύπτουν μειώνουν τη ροή, αυξάνουν την αντίσταση στη ροή του ρευστού και αυξάνουν την απόφραξη. Επομένως, όταν χρησιμοποιείται ένας εύκαμπτος σωλήνας για αυτούς τους σκοπούς, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην επιλογή του πάχους του τοιχώματος.
Ποιο φορτίο ασκείται στους σωλήνες προφίλ;
Ο υπολογισμός της αντοχής σε κάμψη ενός σωλήνα καταλήγει στον απλό προσδιορισμό της μέγιστης τάσης σε ένα δεδομένο σημείο της δομής. Είναι σημαντικό να κατανοήσετε το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένο το προφίλ, καθώς κάθε υλικό έχει τη δική του βαθμολογία τάσης.
Για να υπολογίσετε σωστά, πρέπει να χρησιμοποιήσετε τον σωστό τύπο. Σε αυτήν την περίπτωση, ισχύει ο νόμος του Hooke, ο οποίος ορίζει ότι η ελαστική δύναμη είναι άμεσα ανάλογη με την παραμόρφωση. Η εξίσωση υπολογισμού έχει ως εξής:
ΤΑΣΗ = M / W, όπου:
- M είναι η τιμή του βαθμού κάμψης κατά μήκος του άξονα κατά μήκος του οποίου ασκείται η δύναμη.
- W είναι η τιμή της αντίστασης κάμψης που λαμβάνεται κατά μήκος του ίδιου άξονα.
Πώς μπορώ να καταλάβω αν οι υπολογισμοί μου είναι σωστοί;
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, κάθε μέταλλο ή κράμα έχει τις δικές του κανονικές τιμές τάσης. Ο προσδιορισμός αυτών των τιμών είναι ένα από τα κύρια καθήκοντα που αντιμετωπίζετε όταν αποφασίζετε να κατασκευάσετε μια δομή χρησιμοποιώντας προφίλ.
Για να είστε σίγουροι για την ορθότητα των αποτελεσμάτων, πρέπει να γνωρίζετε αρκετούς σημαντικούς κανόνες και, φυσικά, να τους ακολουθείτε.
- Εκτελέστε όλους τους υπολογισμούς με ακρίβεια, προσοχή και χωρίς βιασύνη. Σε κάθε στάδιο, ακολουθήστε τους σχετικούς τύπους, χωρίς να προσπαθείτε να προσαρμόσετε τις τιμές στις δικές σας ανάγκες.
- Έχοντας υπολογίσει την αντοχή κάμψης ενός σωλήνα προφίλ, πρέπει να ληφθεί μέριμνα ώστε οι τιμές που λαμβάνονται να μην υπερβαίνουν τις καθορισμένες μέγιστες τιμές.
- Λάβετε υπόψη το υλικό από το οποίο κατασκευάζεται το προφίλ, το πάχος των τοίχων, προκειμένου να αποφευχθεί η καταστροφή ή η παραμόρφωσή του, η οποία θα εμποδίσει τη λειτουργία της δομής στο μέλλον.
- Πριν από την εκτέλεση των υπολογισμών, είναι απαραίτητο να σχεδιάσετε ένα σχηματικό διάγραμμα του μελλοντικού στοιχείου. Αυτό το τεχνικό σχέδιο θα επιτρέψει πιο ακριβείς υπολογισμούς, αποτρέποντας σφάλματα που σχετίζονται με την παρερμηνεία του σχήματος της κατασκευής.
Δείτε το βίντεο
Τηρώντας όλους τους απαραίτητους κανόνες και τις προφυλάξεις ασφαλείας, ακόμη και ένας μη επαγγελματίας μπορεί να είναι σίγουρος ότι όλοι οι υπολογισμοί αντοχής σε κάμψη σωλήνων θα είναι ακριβείς και το αποτέλεσμα θα είναι επιτυχές. Ο συνεχής έλεγχος των υπολογισμών σας και η παρακολούθηση κάθε σταδίου της εργασίας είναι το κλειδί για ένα επιτυχημένο αποτέλεσμα.
