ДО РОЗРАХУНКУ НА МІЦНІСТЬ ГИНІВ ТРУБОПРОВОДІВ В УМОВАХ ЗМІНИ ТЕМПЕРАТУРИ

Анотація

Проблема. Впровадження в інженерну практику нових, більш інтенсивних технологій, ускладнення умов експлуатації сучасних споруд і машин призводить до зростання небезпеки виникнення надзвичайних ситуацій. Це суттєво підвищує вимоги до інженерних конструкцій і споруд – вони повинні бути міцними і надійними в сучасних ускладнених умовах їх виготовлення і експлуатації. В зв’язку з цим виникає необхідність врахування впливу полів різної фізичної природи, зокрема температурних, на несучу здатність елементів енергетичних, транспортних установок, інших машин.
Важливими складовими різних інженерних конструкцій і споруд є трубчасті криволінійні стрижневі елементи (гини трубопроводів, труби економайзерів, патрубки тощо). Вони досить часто експлуатуються в
умовах підвищених або низьких температур, що створює можливості для виникнення ситуацій техногенного характеру. В зв’язку з цим виникає потреба у дослідженні впливу на температурні поля, напружений стан і міцність таких елементів їх теплофізичних і геометричних параметрів.
Мета. Розроблення методики дослідження температурних полів і термонапруженого стану криволінійних стрижнів; дослідження на її основі температурного поля і обумовленого ним напружено-деформованого стану гину трубопроводу в залежності від його теплофізичних і геометричних характеристик.
Результати дослідження. В роботі запропонована методика дослідження термонапруженого стану криволінійних трубчастих стрижневих конструктивних елементів. Її суть полягає в тому, що на першому етапі визначаються температурні поля таких елементів з використанням рівнянь теплопровідності трубчастих стрижнів великої кривини. Розв’язки цих рівнянь входять, як складові навантаження, у рівняння  термопружності і використовуються на другому етапі при визначенні термонапруженого стану криволінійних стрижнів. При цьому використовуються рівняння термопружності криволінійних стрижнів у переміщеннях. Запропонована методика застосована для дослідження термонапруженого стану гину трубопроводу, який знаходиться в умовах конвективного теплообміну з зовнішнім і внутрішнім  середовищами. Розглянуто випадок жорсткого затиснення крайніх перерізів гину. Досліджено вплив теплофізичних і геометричних параметрів гину на його температурне поле і напружений стан.
Встановлено, що приведені коефіцієнти тепловіддачі з зовнішньої і внутрішньої поверхонь стрижня по-різному впливають на його напружений стан: зі збільшенням коефіцієнта тепловіддачі з зовнішньої  поверхні абсолютні значення поздовжньої і поперечної сил, а також згинального моменту зменшуються, а з ростом коефіцієнта тепловіддачі з внутрішньої поверхні – збільшуються.
Висновки. На основі розробленої в роботі методики досліджено термонапружений стан гину трубопроводу. В результаті проведених аналітично-числових досліджень показано, що існує такий переріз гину, в якому зумовлений нагріванням згинальний момент змінює свій знак; положення цього перерізу залежить від кривини осі, товщини стінки, кута розхилу гину і практично не залежить від приведених  коефіцієнтів тепловіддачі з внутрішньої і зовнішньої його поверхонь. Існують такі значення кута розхилу, при яких найбільші значення згинального моменту і поперечної сили в гині досягають своїх максимумів. На відміну від силової задачі, у випадку нагрівання значення згинального моменту в криволінійному стрижні у фіксованому його перерізі залежить від геометричних параметрів поперечного перерізу.