Diplom (1217509), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

( 3.1)

где коэффициенты

Коэффициент линейного расширения в общем случае ра­вен производной от удлинения по температуре

(3.2)

где дифференциал приращения длины материала при dT.

Тогда удлинение единицы длины материала при изменении температуры от Т₁, до Т₂ (при Т₂ >Т₁) и при условии отсутст­вия адгезионного контакта с поверхностью трубы составит:

(3.3)

где

Таким образом, зная коэффициенты у и х. определяемые по зависимости из выражения (3.3), можно устано­вить удлинение материала покрытия в заданном диапазоне температуры.

В качестве упро­щенной модели, ха­рактеризующей тер­модеформационное взаимодействие по­лиэтиленового анти­коррозионного по­крытия со стенкой трубы, рассмотрим процессы нагрева и охлаждения бинар­ного полого цилинд­ра, состоящего из металлической осно­вы толщиной и оболочки толщиной (рис. 3.6). В про­цессе охлаждения и нагрева этой систе­мы, в покрытии (оболочке) возникают напряжения радиаль­ные (нормальные) касательные (кольцевые, тангенциаль­ные) и продольные (осевые) .Характер распределения и схема действия усилий этих напряжений представлены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Термоупругие напряжения в процессе охлаждения и нагрева покрытия на сферической поверхности цилиндрической обо­лочки

Напряжения возникающие в покрытии при из­менении температуры металлополимерной конструкции на величинуΔТ от номинальной температуры Т = 293К (20 °С), описывается выражением

(3.4)

где соответственно коэффициенты линейного расши­рения покрытия и металла; ΔТ - диапазон изменения темпе­ратуры; - коэффициент, учитывающий механические свойства покрытия и металла.

Следовательно, задача нахождения напряжений в полимер­ном покрытии, нанесенном на металлический цилиндр, сво­дится к экспериментальному определению коэффициентов линейного расширения и параметров механических свойств — модуля упругости и коэффициентов Пуассона покрытия и металла в действующем диапазоне температуры.

Напряжения в металле имеют обратный знак и связаны с напряжениями в покрытии ( ) - соотношением (знак ми­нус - напряжения сжатия, а знак плюс - напряжения растя­жения):

(3.5)

Как следует из уравнения (2.4), значения напряжений про­порциональны во всех направлениях разности коэффициентов температурного расширения и температур (ΔТ).

Как показывают аналитические исследования этого выра­жения, наибольшую величину имеют осевые напряжения , направленные вдоль оси цилиндра (трубы). Более того, по данным экспериментальных исследований [17] большин­ство измеряемых на опыте напряжений концентрируется вблизи края оболочки. Это явление известно в технике как краевой эффект концентрации напряжений, подобный тому, что наблюдается в вершинах трешин. Согласно упомянутым исследованиям критические для адгезионной прочности на­пряжения концентрируются вблизи границ скошенного краяоболочки с металлом, т. е. в угловых точках пересечения гра­ницы сочленения оболочки с открытой поверхностью, кото­рые и являются наиболее благоприятными для инициирова­ния разрушения адгезионного соединения.

Очевидно, что для предотвращения разрушения адгезион­ного контакта бинарной системы необходимо ограничение напряжений, действующих в покрытии, что достигается при

. Из уравнения (3.4) это условие теоретически реали­зуется путем уменьшения разности коэффициентов темпера­турного расширения покрытия и металла, т. е. , а также ограничения диапазона изменения температур, т. е. .

3.4 Термоциклическая морозоустойчивость

Наиболее значимым внешним фактором, влияющим на техническое состояние АКП является температурное воздей­ствие. Это воздействие изменяется в широком диапазоне зна­чений, включая экстремальные зоны отрицательных и поло­жительных температур. При низких отрицательных температу­рах структура полимера охрупчивается, при высоких положи­тельных — размягчается и оплавляется. Систематическая сме­на экстремальных температур сопровождается знакоперемен­ным изменением объемного напряженного состояния поли­мерной оболочки, что является причиной возникновения микроусталостных дефектов, их развития и усугубления до со­стояния макропроявлений в виде сдвиговых разрывов, волно­образного сжатия, трещинообразований, отслоений, сколов и т. п. Однако механизм развития этих дефектов в трассовых ус­ловиях под влиянием температурных факторов остается до конца невыясненным.

Закономерности поведения антикоррозионного полиэтиле­нового покрытия на металле труб экспериментально исследо­ваны в условиях их трассового хранения и линейного строи­тельства.

В качестве объекта исследований приняты трубы 1420 х 16,8 мм с наружным полиэтиленовым антикоррози­онным покрытием, складированные в штабелях на площадке временного хранения трубосварочной базы ОАО «Сварочно- монтажный трест». В процессе обследования покрытие труб подвергалось контролю визуально-измерительным методом, при этом особое внимание уделялось состоянию прикромочных областей покрытия.

В основу исследования было положено общепринятое по­ложение теории атмосферного старения о климатическом влиянии на устойчивость полимерных материалов [18]. Основными влияющими факторами с позиций этой теории являются длительное воздействие низких температур, резкие суточные колебания температуры, нагрев и действие солнеч­ной радиации.

В соответствии с этими представлениями влияние перечис­ленных факторов на внешний полиэтиленовый и внутренний адгезионный слои покрытия было изучено экспериментально в течение нескольких наиболее характерных периодов клима­тического воздействия: январь...февраль - зимний период, март...апрель - весенний период, май - переходный период от весны к лету.

Основными контролируемыми параметрами являлись: тем­пература окружающей среды (воздуха) - максимальная и ми­нимальная (день, ночь); а также динамика деформационных процессов усадки и отслаивания в прикромочных областях покрытия.

Усадка покрытия в осевом направлении оценивалась по ширине белой полосы грунтовочного слоя (праймера) у края покрытия, а отслаивание — по глубине проникновения щупа под покрытие от его края. Таким образом, регистрировались следующие категории дефектов:

• усадка с образованием полосы праймера шириной 1 - 2 мм - начало усадки со сдвигом кромки покрытия;

• усадка с образованием полосы праймера шириной 3- 8 мм - развитие процесса усадки с интенсивным сдви­гом кромки покрытия;

• усадка с отслаиванием - разрушение адгезионного со­единения.

К обследованию были приняты 60 труб, из них 3 трубы (5% от общего количества) к началу наблюдения имели пер­вые видимые признаки начала деформационных процессов покрытия на кромках - сдвиг изоляции в области заводского продольного шва.

3.5 Устойчивость к тепловому удару

Рассмотрим механизм теплового воздейст­вия сварки на прикромочную область покрытия с учетом сле­дующих допущений:

• нагрев при сварке шва за несколько проходов принима­ется как процесс суммирования теплоты, получаемой околошовной зоной сварного соединения за один про­ход;

• нагрев трубы, как тонкостенной цилиндрической обо­лочки, приравнивается к случаю нагрева бесконечной пластины линейным движущимся источником теплоты, при этом в пластине независимо действуют одновре­менно четыре независимых линейных движущихся од­нотипных источника в случае ручной дуговой сварки и один

• быстродвижушийся в случае механизированной сварки;

взаимовлияние тепловых полей при одновременном дей­ствии источников теплоты и приращение начальной тем­пературы очередного прохода не учитывается;

• исходные усло­вия для каждо­го прохода счи­таются одно­типными, при этом рассмат­ривается недлительность термических циклов источ­ника теплоты «нагрев—охла­ждение», алишь их коли­чество.

Линейный источ­ник теплоты постоянной мощности qдвижется с постоянной скоростью vпрямолинейно из точки 0_О в направлении оси х (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Схема движения источника в бес­конечной пластине

Характеристики

Список файлов ВКР