Оцінювання міцності та довговічності полімерних трубних конструкцій

Cистематизовано результати українських та зарубіжних дослідників у галузі науки про методи оцінювання міцності та довговічності полімерних трубних конструкцій. Наведено методи визначення напружено-деформованого стану великогабаритних полімерних трубних конструкцій з порожнистою стінкою для оцінюванн...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2016
Автори:	Стащук, М.Г., Іваницький, Я.Л., Дорош, М.І.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2016
Назва видання:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/132929
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Оцінювання міцності та довговічності полімерних трубних конструкцій / М.Г. Стащук, Я.Л. Іваницький, М.І. Дорош // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2016. — № 1. — С. 38-44. — Бібліогр.: 18 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-132929
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1329292018-05-17T03:02:55Z Оцінювання міцності та довговічності полімерних трубних конструкцій Стащук, М.Г. Іваницький, Я.Л. Дорош, М.І. Научно-технический раздел Cистематизовано результати українських та зарубіжних дослідників у галузі науки про методи оцінювання міцності та довговічності полімерних трубних конструкцій. Наведено методи визначення напружено-деформованого стану великогабаритних полімерних трубних конструкцій з порожнистою стінкою для оцінювання їх міцності та ресурсу за реальних умов експлуатації. Сформульовані рекомендації для інженерної практики, що стосуються методів і засобів оцінювання роботоздатності полімерних трубних конструкцій. Results obtained by Ukrainian and foreign researchers in the field of science of methods for evaluation of strength and fatigue life of polymer tubular structures were systematized. Methods are presented for determination of stress-strain state of large-sized polymer tubular structures with a hollow wall to evaluate their strength and life under real operation conditions. Recommendations for engineering practice were set forth, concerning the methods and means for evaluation of performance of polymer tubular structures. 2016 Article Оцінювання міцності та довговічності полімерних трубних конструкцій / М.Г. Стащук, Я.Л. Іваницький, М.І. Дорош // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2016. — № 1. — С. 38-44. — Бібліогр.: 18 назв. — укр. 0235-3474 DOI: doi.org/10.15407/tdnk2016.01.06 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/132929 620.13.40 uk Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Стащук, М.Г. Іваницький, Я.Л. Дорош, М.І. Оцінювання міцності та довговічності полімерних трубних конструкцій Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Cистематизовано результати українських та зарубіжних дослідників у галузі науки про методи оцінювання міцності та довговічності полімерних трубних конструкцій. Наведено методи визначення напружено-деформованого стану великогабаритних полімерних трубних конструкцій з порожнистою стінкою для оцінювання їх міцності та ресурсу за реальних умов експлуатації. Сформульовані рекомендації для інженерної практики, що стосуються методів і засобів оцінювання роботоздатності полімерних трубних конструкцій.
format	Article
author	Стащук, М.Г. Іваницький, Я.Л. Дорош, М.І.
author_facet	Стащук, М.Г. Іваницький, Я.Л. Дорош, М.І.
author_sort	Стащук, М.Г.
title	Оцінювання міцності та довговічності полімерних трубних конструкцій
title_short	Оцінювання міцності та довговічності полімерних трубних конструкцій
title_full	Оцінювання міцності та довговічності полімерних трубних конструкцій
title_fullStr	Оцінювання міцності та довговічності полімерних трубних конструкцій
title_full_unstemmed	Оцінювання міцності та довговічності полімерних трубних конструкцій
title_sort	оцінювання міцності та довговічності полімерних трубних конструкцій
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/132929
citation_txt	Оцінювання міцності та довговічності полімерних трубних конструкцій / М.Г. Стащук, Я.Л. Іваницький, М.І. Дорош // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2016. — № 1. — С. 38-44. — Бібліогр.: 18 назв. — укр.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT staŝukmg ocínûvannâmícnostítadovgovíčnostípolímernihtrubnihkonstrukcíj AT ívanicʹkijâl ocínûvannâmícnostítadovgovíčnostípolímernihtrubnihkonstrukcíj AT dorošmí ocínûvannâmícnostítadovgovíčnostípolímernihtrubnihkonstrukcíj
first_indexed	2025-07-09T18:18:51Z
last_indexed	2025-07-09T18:18:51Z
_version_	1837194425485230080
fulltext	38 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ УДК 620.13.40 оцінЮВання міцності та ДоВГоВічності полімерних трУбних КонстрУКцій М.Г. СТАЩУК, Я.Л. ІВАНИЦЬКИЙ, М.І. ДОРОШ Фмі ім. Г.В. Карпенка нанУ. 79060, м. львів-60, вул. наукова, 5. E-mail: pmainasu@ipm.lviv.ua Cистематизовано результати українських та зарубіжних дослідників у галузі науки про методи оцінювання міцності та довговічності полімерних трубних конструкцій. наведено методи визначення напружено-деформованого стану ве- ликогабаритних полімерних трубних конструкцій з порожнистою стінкою для оцінювання їх міцності та ресурсу за реальних умов експлуатації. сформульовані рекомендації для інженерної практики, що стосуються методів і засобів оцінювання роботоздатності полімерних трубних конструкцій. бібліогр.18, рис. 12. К л ю ч о в і с л о в а : напружено-деформований стан, стільникова циліндрична конструкція, полімери, мінімальна довготривала міцність, кільцева жорсткість, тріщиноподібний дефект-непровар Важливе місце серед технічних матеріалів, які ши- роко використовують у інженерній практиці, нале- жить полімерним матеріалам. розрахунок міцності, надійності та довговічності елементів конструкцій з таких матеріалів становить одну з актуальних про- блем сучасної науки про матеріали, зокрема в галузі оцінювання довговічності трубопровідних систем у різних експлуатаційних середовищах. застосування полімерних труб для інженерних мереж розпочалось з середини 1950-х років. Упро- довж цього періоду нагромаджувались дані про їх експлуатаційну надійність. продовжується постійне оновлення полімерних матеріалів та самих виробів з них. так, широкого впровадження у виробництві набувають полімерні трубопроводи з порожнистими стінками, що забезпечує значну економію матеріа- лу. У зв’язку з цим дуже важливим стає розроблен- ня методів оцінювання міцності та довговічно- сті таких конструкцій. В європейських країнах для розв’язання цієї проблеми вводяться єдині стандар- ти, розроблені в рамках CEN (European Committee for Standardization). Вирішення цієї проблеми потре- бує синтезу наявних результатів, відомих у світовій практиці. Дана робота присвячена синтезу результатів розробок українських та зарубіжних вчених у цій галузі науки про матеріали. сформульовані реко- мендації для інженерної практики з питань, що стосуються методів і засобів оцінювання роботоз- датності полімерних трубних конструкцій із по- рожнистою стінкою, зокрема: – методів визначення напружено-деформова- ного стану (нДс) великогабаритних полімерних трубних конструкцій з порожнистою стінкою; – оцінювання міцності та ресурсу стільнико- вих трубних конструкцій з урахуванням реальних умов експлуатації; – рекомендацій щодо прогнозування терміну надійної експлуатації полімерних тонкостінних виробів з порожнистою будовою стінки. У роботі [1] наведено огляд праць з питань розрахунку напружено-деформованого та гранич- ного станів стільникових трубних конструкцій. проаналізовано праці, присвячені суцільним по- лімерним (гнучким) трубам, що експлуатуються в умовах дії ґрунтів. Виокремлено найважливіші чинники та критерії міцності для інженерних роз- рахунків при проектуванні стільникових труб. полімерні трубні конструкції великого діаме- тра із суцільним профілем стінки не забезпечують повною мірою оптимальної масоємкості. тому при забезпеченні відповідної міцності та довго- вічності актуально використовувати легші кон- струкції із порожнистими стінками (рис. 1). Рис. 1. схематичне зображення різних типів (I–VI) профілів структурованої стінки у трубній конструкції © м.Г. стащук, я.л. іваницький, м.і. Дорош, 2016 39ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ одним із варіантів таких конструкцій є полі- мерні тонкостінні вироби з трубчастим профілем стінки (рис. 1, тип VI). їх називають стільнико- вими [2, 3]. стільникові конструкції виробляють компанії «енергоресурс-інвест» (львів), «Євро- трубпласт» (росія), «KWH Pipe» (Фінляндія) та інші підприємства. технологія виробництва стіль- никових трубних елементів – це неперервне намо- тування на спеціальних пристроях-барабанах по- ліетиленових трубок з одночасним екструзійним їх зварюванням між витками. матеріалом, що ви- користовується для виготовлення, є поліетилен HDPE марки пе-80 та 100 [2, 3]. труби стільнико- вого типу зображені на рис. 2 і 3. традиційно виділяють низку необхідних чин- ників для розрахунку та проектування полімер- них тонкостінних конструкцій, в тому числі й для стільникових. особливо важливо під час роз- рахунку таких конструкцій врахувати наступні фактори: конструкційні особливості (геометрію конструкції та особливості будови її стінки (од- ношарові (рис. 4), двошарові та тришарові); фі- зико-механічні властивості поліетилену; вплив ґрунту (активний та реактивний тиски ґрунту); технологічні дефекти-непровари (рис. 5), що не- минуче виникають під час формування порожни- стих стінок труб. Врахування цих факторів дало змогу розроби- ти рекомендації для розрахунків, які забезпечують довготривалу та надійну експлуатацію стільнико- вих конструкцій. полімерні конструкцї з порожнистими стінка- ми мають вигляд, зображений на рис. 1. описано основні технології виготовлення таких конструк- цій. обґрунтовано економічну та технологічну до- цільність використання полімерних трубних кон- струкцій з порожнистими стінками у порівнянні із суцільними. труби, в тому числі і стільникові, призначені для водовідведення та мереж каналізації, класи- фікують за кільцевою жорсткістю Sn [4], яка ха- рактеризує здатність трубопроводу протистоя- ти тиску ґрунту та іншим зовнішнім механічним чинникам. цей параметр є базовим класифікато- ром підземних каналізаційних труб, затвердженим стандартами [4–6]. теоретично його визначають згідно формули Sn = EI/D3, (1) де E – модуль пружності матеріалу труби; D – се- редній діаметр труби; I – момент інерції профілю стінки труби на одиницю її довжини. Для практики нормовані кільцеві жорсткості Sn приймають значення: 2; 4; 8; 16 кпа. однією з головних вимог до трубопроводів великого діаме- тра, що працюють під впливом зовнішніх наван- тажень, є забезпечення достатньої кільцевої жор- сткості конструкції. Викори стання стільникових труб (з порожнистими стінками) спричинене тим, що для достат ньої кільцевої жорсткості потрібно використати в 2,0…2,5 рази менше матеріалу по- рівняно з трубою із суцільною стінкою (у вартості полімерної труби левову частку займає сировина). В американському штаті техас функціонує спе- ціалізований інститут з вивчення властивостей полімерних труб (Plastics Pipe Institute). У 2010 р. інститут провів масштабне дослідження, яке до- вело можливість безпечної роботи труб з поліе- тилену в побутовому і промисловому водопоста- чанні протягом більш ніж 100 років. Дослідження включало досліди із впливу на поліетиленові тру- Рис. 4. схема стінки стільникової конструкції Рис. 5. приклад реального дефекту-непровару типу тріщини у стінці стільника Рис. 2. стільникова одношарова труба Рис. 3. поліетиленовий резервуар зі стільниковою будовою стінки 40 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ би різноманітних середовищ, агресивних ґрунтів, дезінфікуючих засобів і різних режимів обслу- говування. проведені випробування за цих до- сліджень довели, що прийнятий за норму середній термін служби поліетиленових труб в системах во- допостачання, що становить 50 років, значно зани- жений. труби з поліетилену низького тиску можна експлуатувати протягом ста і більше років без втра- ти їх початкової міцності, герметичності і стійкості. В загальному можна зробити наступну класи- фікацію призначень полімерних труб та трубопро- водів: полімерні труби для зовнішнього водо- проводу; полімерні трубопроводи в системах гарячого водопостачання і опалення; обсадні тру- би для свердловин; застосування полімерних труб при будівництві газопроводів; полімерні труби для каналізації; полімерні труби для кабельних лі- ній; полімерні труби для очисних систем і т.п. експлуатаційні характеристики різних поліме- рів значно відрізняються між собою. найбільшою мірою ці відмінності проявляються в хімічній і температурній стійкості, а також в характеристи- ках міцності. чим вище температура середовища та інтенсивність зовнішнього навантаження, тим менший термін служби полімерних трубопрово- дів. залежності «температура–напруження–час» визначаються для термопластів у відповідності з міжнародним стандартом ISO 9080:2003. В да- ний час класифікація трубних марок полімерів здійснюється відповідно до MRS – мінімальної тривалої міцності (Minimum Required Strength). Класифікація поліетилену за показником MRS прийнята міжнародними стандартами ISO 12162 і ISO 9080. згідно цих стандартів показник MRS визначається в залежності від стійкості трубних зразків, виготовлених з розглянутого матеріалу, до внутрішнього тиску й часу його впливу при заданій температурі. У випробуваннях на визна- чення MRS зразки труб навантажують внутріш- нім тиском, внаслідок чого в стінці труби вини- кають кільцеві напруження σ, які спричиняють руйнування. Випробування проводяться як міні- мум при трьох температурах (20, 60 і 80 °с), а їх тривалість досягає 9000 год. залежність (рис. 6) кільцевого напруження σ від часу до руйнування і температури випробування, знайдена при обробці отриманих даних, дає можливість оцінити власти- вості міцності полімеру і екстраполювати їх на за- даний період часу. Для визначення значення MRS екстраполюють отримані показники кільцевих на- пружень σ (рис. 6), які поліетиленова труба може витримати протягом 50 років за температури на- вколишнього середовища 20 ºс. мінімальний тер- мін служби полімерних труб 50 років прийнятий як в міжнародних, так і у вітчизняних норматив- них документах (Гост р 50838–95, пб 12-529-03 та ін.). представлені графіки (рис. 6) уможливлюють визначення величини допустимого напруження для більш короткого терміну служби і для підви- щених температур. на основі літературних даних для лінійних де- формацій при навантаженнях, статичної міцнос- ті полімерів, відповідних фізико-хімічних проце- сів при механічних навантаженнях в залежності від впливу часового та температурного факторів проведено [7, 8] відповідні дослідження міцнос- ті полімерних матеріалів та виробів з них. хоча руйнування полімерів є складне та багатостадій- не, однак для оцінки міцності полімерних виробів в інженерній практиці використовують два най- більш поширених розрахункових критерії [9]: за- безпечення допустимих напружень (s ≤ sс) та до- пустимих деформацій (e ≤ eс). тут, відповідно, sс, eс – допустимі напруження та деформації для по- лімерного матеріалу. частіше поліетиленові тру- би розраховують за першим критерієм. на осно- ві цього були розроблені міжнародні стандарти ISO 12162:1995 та ISO 9080:2003. згідно з ними допустимий тиск у поліетиленовій трубі встанов- люється з умови max s ≤ MRS, (2) де s – кільцеві напруження у стінці порожнистої труби; MRS – мінімальна довготривала міцність. найбільш вживаними є поліетилени марки пе-80 та пе-100. Відповідно до висновків роботи [10], вони мають MRS = 8 та 10 мпа. аналогічно умові (2), критичні навантаження на стільникові трубні конструкції за складного напруженого ста- ну оцінюємо за критерієм [1]: { }11 22 33max , , MRSs s s ≤ , (3) де σ11, σ22, σ33 – головні напруження у поліетилено- вому виробі. Для проектування полімерних труб з порожни- стою будовою стінки за критерієм (3) необхідно попередньо оцінювати їх нДс. Рис. 6. результати випробувань поліетилену марки пе-100 згідно міжнародного стандарту ISO 9080 (Фірма «Bodycote», німеччина) 41ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ Шляхом моделювання порожнистого тон- костінного елемента [11–13] конструкційно ор- тотропною оболонкою запропоновано методику оцінювання нДс стільникової трубної конструк- ції і модифіковано відповідну систему рівнянь оболонкового типу для знаходження зусиль і зги- нальних моментів. оскільки відношення товщини стінки d (рис. 4) до діаметра D (рис. 7) такої трубної кон- струкції становить d/D < 1/10, то для оцінки нДс застосували теорію оболонок [14]. стільникову трубну конструкцію моделюємо циліндричною оболонкою (рис. 7). оболонку вважаємо конструк- ційно ортотропною [14], що означає, що ані- зотропні властивості проявляються через стільни- кову будову полімерного виробу [12, 13]. В даному випадку рівняння рівноваги для цієї оболонки аналогічні рівняням теорії оболонок з суцільними стінками, тобто 11 12 1 T S R Rqx ∂ ∂ + = − ∂ ∂ϕ , 21 22 2 2 S T R N Rqx ∂ ∂ + − = − ∂ ∂ϕ , 1 2 22 3 N N R T Rqx ∂ ∂ + + = − ∂ ∂ϕ , 21 22 2 0 H G R RNx ∂ ∂ − + = ∂ ∂ϕ , (4) 11 12 1 0 G H R RNx ∂ ∂ − − = ∂ ∂ϕ , де qi – компоненти зовнішнього навантажен- ня; Tii, Sij та Gii, Hij (i≠j=1,2) – внутрішні зусилля й моменти, додатні напрямки яких зображено на рис. 5; R – радіус серединної поверхні оболонки. Компоненти деформацій серединної поверхні εii, ω, χii, τ виражаються через компоненти перемі- щень u, υ, w так: ε11=∂u/∂x, ε22=(∂υ/∂φ–w)/R, ω=∂υ/∂x+R–1∂u/∂φ, χ11=∂2w/∂x2, χ22=(∂2w/∂φ2+∂υ/∂φ)/R2, τ=(∂2w/∂φ∂x+∂υ/∂x)/R. (5) стільникову структуру враховуємо шляхом від- повідного запису рівнянь стану, які зв’язують зу- силля Tii, Sij й моменти Gii, Hij з компонентами де- формацій εii, ω, χii, τ. рівняння стану записуємо за їх структурним аналогом до рівнянь теорії оболо- нок із суцільною стінкою [14]: ( ) ( ) ( )11 11 11 12 22, , ,T x B x B x∗ ∗ϕ = e ϕ + e ϕ , ( ) ( ) ( )11 11 11 12 22, , ,G x D x D x∗ ∗ϕ = − χ ϕ − χ ϕ , ( )1 2→ ← ( ) ( )12 33, ,S x B x∗ϕ = ω ϕ , ( ) ( )21 33 33, ,S B x D x R∗ ∗= ω ϕ + τ ϕ , ( ) ( )12 21 33, ,H x H D x∗ϕ = = τ ϕ , (6) де коефіцієнти ijB∗ , ijD∗ , 33B∗ , 33D∗ ( ), 1, 2i j = – ефективні жорсткості для конструкційно орто- тропної оболонки, якою моделюємо стільникову трубну конструкцію. Коефіцієнти ijB∗ та ijD∗ залежать від будови стінки стільника, тобто від діаметра поліетилено- вої трубки d та її товщини t (рис. 4), а також – від механічних характеристик поліетилену (модуля пружності E та коефіцієнта пуассона v). запису- ємо їх у вигляді: 21ij ij EdB f∗ = − ν , ( ) 3 212 1ij ij EdD p∗ = − ν , ( )33 33 2 1 EdB f v ∗ = + , ( ) 3 33 33 12 1 EdD p v ∗ = + . (7) Рис. 8. зміна параметрів fij(s), pij(s) від величини s = d/t (розраховували для точок, позначених трикутниками або квадратика- ми): а – f12 = f21 = vf11; б – p12= p21 = vp11 Рис. 7. Внутрішні зусилля й моменти в циліндричній оболон- ці товщиною d 42 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ тут fij, pij – параметри, що враховують стільни- кову структуру, їх значення характеризують змен- шення відповідних жорсткостей порівняно з таки- ми ж для оболонки зі суцільною стінкою товщини d. жорсткості ijB∗ , ijD∗ та відповідні їм параметри fij, pij визначають [12, 13] з числового експеримен- ту з використанням методу скінченних елементів. зміни параметрів fij, pij від величини s графічно зображено на рис. 8. як бачимо з формули (7) та графіків на рис. 8, жорсткості 11B∗ , 11D∗ циліндрич- ної оболонки стільникового типу в осьовому на- прямку є меншими порівняно з такими ж ( 22B∗ , 22D∗ ) за кільцевим напрямком. зауважимо, жорсткості стільникової трубної кон- струкції для найбільш поширеної величини s = d/t =10 набувають значень [13, 16] 211 0,18 1 EdB∗ = − ν , 222 0, 432 1 EdB∗ = − ν , ( ) 3 11 2 0, 251 12 1 EdD v ∗ = − , ( ) 3 22 2 0,672 12 1 EdD v ∗ = − , (8) порівняння між собою останніх співвідношень показує, що жорсткості у відповідних напрямках різ- няться більше, ніж у два рази. отже, міцність стіль- никової труби в осьовому напрямку є меншою по- рівняно з міцністю за кільцевим напрямком. Встановивши з рівнянь (4)–(8) зусилля Tii, Sij й моменти Gii, Hij, розраховуємо напруження σij у стінці стільника [13, 16]. метод оцінювання нДс стільникових трубних конструкцій підтверджено експериментально. на рис. 9–11 наведено результати експериментів та теоретичних розрахунків, виконаних на основі за- пропонованого методу, з яких видно, що: – жорсткості на розтяг стільникового зразка, встановлені теоретично та експериментально, ко- релюють між собою; – напруження, отримані на основі експеримен- тальних досліджень з використанням цифрової кореляції зображень та із запропонованих співвід- ношень, кількісно збігаються [17]; – розраховані теоретичні значення зміни ви- соти стільникового резервуара, навантажено- го паралельними зусиллями до його твірної, до- бре співпадають з експериментальними замірами [13]; встановлені експериментально та розрахова- ні критичні зусилля мають відхилення до 7 %; – розраховане значення критичного внутріш- нього тиску за статичного навантаження стільни- кової труби (діаметр труби D = 768 мм та товщина її стінки d = 32 мм) становило 5,3·105 па, тоді як визначене з експерименту 5,6·105 па. суттєвим стало оцінювання впливу тиску ґрун- ту на нДс стільникових труб для двох схем їх Рис. 9. Діаграма «зусилля навантаження P–видовження Δl» стільникового зразка Рис. 10. напруження σ11, отримані з експериментальних да- них на основі цифрової кореляції зображень (кружечки), та теоретичних розрахунків (крива ) (E = 600 мпа, ν = 0,42) Рис. 11. Діаграма «навантаження–стискання» стільникового резервуара (D = 618 мм, L = 1600 мм, d = 32 мм) 43ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ укладання (з жорсткою (а) та м’ягкою (б) основою (рис. 12). запропонована методика оцінки нДс стільни- ків дала можливість розробити рекомендації [15, 16] прогнозування довготривалої та надійної експлуата- ції основних типів стільникових конструкцій, а саме: 1. Для довгої стільникової труби, укладеної у ґрунт, початкові відносні прогини повинні задо- вольняти нерівністі пе-80 (MRS=8 мпа): 100 % 4 %D ∆ ≤ , пе-100: (MRS=10 мпа) – 100 % 5%D ∆ ≤ , (8) де величину відносного прогину (Δ/D) розрахову- вали згідно з будівельним стандартом [5] за фор- мулою ( )0,11 8 0,06n sD H S E∆ = γ + . 2. Для безнапірного стільникового резервуара, вертикально укладеного у ґрунт, необхідно забез- печити умову max 3,85 , 3 0,32 H D D d d H D D MRS d d  γ  − +     γ  − + ≤    , (9) а внутрішній тиск p за довготривалої експлуатації такої стільникової труби має задовольняти умові ( )22 0,933 1 2d t d MRS p D  − π − × ≤ . (10) Висновки на основі розрахунків нДс досліджено міц- ність стільникових трубних конструкцій з наяв- ними тріщиноподібними дефектами. Для цьо- го здійснено оцінювання міцності стільникового елемента з технологічними тріщиноподібними непроварами, що виникають між поліетиленови- ми трубками під час виготовлення стільникових стінок [18]. Встановлено критичну довжину таких непроварів. результати такого плану мають безпосереднє практичне спрямування і можуть бути викори- стані науковими працівниками та інженерами, які працюють у галузі проектування, технічної діа- гностики та експлуатації відповідальних полімер- них трубних конструкцій. 1. Стащук М.Г., Дорош М.І. методи розрахунку міцності поліетиленових труб із стільниковою стінкою (огляд) // Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 2013. – 49, № 5. – с. 51 –62. 2. Великогабаритні полімерні конструкції з пустотілою (стільниковою) будовою стінки // Вода і водоочисні тех- нології. – 2008. – № 5. – с. 65–66. 3. Корпорация «Энергоресурс-инвест» представляет новую технологию производства крупногабаритных полимер- ных изделий с пустотелой (сото вой) конструкцией стен- ки // полимерные трубы. – 2007. – № 2–3. – с. 6–7. 4. Гост р 54475–2011. трубы полимерные со структури- рованной стенкой и фасонные части к ним для систем наружной канализации. технические условия. – Введ. 13.12.2011. 5. ДстУ-н б В.2.5-40:2009. проектування та монтаж ме- реж водопостачання та каналізації з пластикових труб. – Введ. 21.12.2009. 6. ISO 9969:2007. Thermoplastics pipes. Determination of ring stiffness. – Introduced 31.01.2008. 7. Кауш Г. разрушение полимеров / пер. с анг. – м.: мир, 1981. – 440 с. 8. Нарисава И. прочность полимерных материалов. – м.: химия, 1982. – 400 с. 9. Janson L.E. Plastic pipes for water supply and sewage disposal. – Stockholm: Borealis, 1996. – 156 p. 10. Характеристики сырья пЭ-100 пЭ-80 (PE-100 PE-80) // http://www.etp.com.ua/?page=24 11. Стащук М.Г., Дорош М.І. Встановлення деформованого стану тонкостінних конструкцій зі стільниковою струк- турою // Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 2009. – № 4. – с. 67–75. 12. Стащук М.Г., Дорош М.І. розрахунок великогабаритних поліетиленових труб з порожнистою стінкою // там само. – 2012. – № 4. – с. 39–45. 13. Стащук М.Г., Дорош М.І. оцінка напруженого стану полімерних трубних конструкцій з порожнистою (стіль- никовою) будовою стінки // математичні методи та фізико-механічні поля. – 2012. – № 4. – с. 143–151. Рис. 12. схема навантаження стільникової конструкції (поперечний переріз): ( )nq ϕ та ( )q τ ϕ – нормальні та дотичні наванта- ження, спричинені вагою ґрунту q, розміщеного над трубою 44 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 14. Статика и динамика тонкостенных оболочечных кон- струкций / а.В. Кармишин, В.а. лясковец, В.и. мячен- ков, а.н. Фролов. – м.: машиностроение, 1975. – 376 с. 15. Стащук М.Г., Дорош М.І. розрахунок стільникових тру- бопроводів великого діаметра в неоднорідному ґрунто- вому середовищі // Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 2010. – № 6. – с. 47–50. 16. Стащук М.Г., Дорош М.І. розрахунок стільникових полімерних трубчастих елементів конструкцій для екс- плуатації в ґрунтах // пробл. прочности. – 2013. – № 3. – C. 135–147. 17. Stashchuk M.H., Dorosh M.I., Sokil M.B. The analysis of service ability of polyethylene pipes and tanks with the hollow wall by strength criterion // Динаміка, міцність та проектування машин і приладів. – 2013. – № 759. – с. 112–118. 18. Стащук М.Г. оцінювання допустимих розмірів не- проварів стільникових тонкостінних елементів // Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 2014. – 50, № 2. – с. 60–68. Results obtained by Ukrainian and foreign researchers in the field of science of methods for evaluation of strength and fatigue life of polymer tubular structures were systematized. Methods are presented for determination of stress-strain state of large-sized polymer tubular structures with a hollow wall to evaluate their strength and life under real operation conditions. Recommendations for engineering practice were set forth, concerning the methods and means for evaluation of performance of polymer tubular structures. 18 References, 12 Figures. Keywords: stress-strain state, honeycomb cylindrical structure, polymers, minimum long-term strength, ring stiffness, cracklike defect – lack-of-penetration Надійшла до редакції 13.01.2016

Оцінювання міцності та довговічності полімерних трубних конструкцій

Репозитарії

Схожі ресурси