Критический радиус изгиба трубы, обусловленный разрушением материала

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Исследована возможность интенсификации гибки труб, путем создания минимальной кривизны с учетом тонкостенности профиля, находящегося на грани исчерпания несущей способности материала (разрушение). Рассмотрена кольцевая оболочка (труба) под действием чистого изгибающего момента, при допущении гипотезы плоских сечений и с учетом эффекта Т. Кармана. Установлено деформационное изменение геометрических параметров (овализация профиля, утонение стенки). Рассчитываются сжимающая (радиальная) и растягивающая (тангенциальная) деформации с учетом их неразрывности на основании условия постоянства объема. В соответствии с принятыми допущениями математического моделирования, принимается известная из теории листовой штамповки зависимость радиального напряжения на кромке гибочного сегмента, где наиболее удобным критерием пластичности принимается гипотеза энергии формоизменения теории Мора, характеризуемая интенсивностью деформаций в гнутом участке трубы, определяющая разрушение материала. Используя критерий пластичности, конкретные механические свойства материала, полученные в испытаниях на растяжение (пределы текучести и прочности, относительное удлинение) и аппроксимированные степенной зависимостью, дается совокупная оценка влияния геометрических параметров (тонкостенность, овализация профиля, деформационное утонение стенки) на осуществление гибки минимальной кривизны, характеризуемой потерей устойчивости стенок с последующим разрушением ввиду исчерпания несущей способности материала, обладающего конкретными пластическими свойствами. Обобщение результатов минимального (гофрообразование) и критического (разрушение) радиусов гибки, позволяет установить предельную степень интенсификации гибки.

Об авторах

Юрий Анатольевич Морозов

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: akafest@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9229-7398

кандидат технических наук, доцент кафедры МТ-13 Технологии обработки материалов

Москва, Российская Федерация

Алексей Геннадиевич Абрамов

Московский политехнический университет (Московский Политех)

Email: bender.reutov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0984-5697

магистрант, кафедра «Обработка материалов давлением и аддитивные технологии»

Москва, Российская Федерация

Список литературы

  1. Di Sarno L., Karagiannakis G. Petrochemical Steel Pipe Rack: Critical Assessment of Existing Design Code Provisions and a Case Study. International Journal of Steel Structures. 2020;20:232–246. https://doi.org/10.1007/s13296019-00280-w
  2. Ji L.K., Zheng M., Chen H.Y., Zhao Y., Yu L.J., Hu J., Teng H.P. An estimation of critical buckling strain for pipe subjected plastic bending. Central European Journal of Engineering. 2014;4:326–333. https://doi.org/10.2478/s13531-013-0168-8
  3. Ji L.K., Zheng M., Chen H.Y., Zhao Y., Yu L.J., Hu J., Teng H.P. Apparent strain of a pipe at plastic bending buckling state. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2015;37:1811–1818. https:/ doi.org/10.1007/s40430-014-0302-4
  4. Yudo H., Yoshikawa T. Buckling phenomenon for straight and curved pipe under pure bending. Journal of Marine Science and Technology. 2015;20:94–103. https://doi.org/10.1007/s00773-014-0254-5
  5. Samusev S.V., Zhigulev G.P., Fadeev V.A., Manakhov K.S. Shaping of pipe blanks on specialized bending equipment. Steel in Translation. 2016;46:169–172. https://doi.org/10.3103/S0967091216030128
  6. Murata M., Kuboki T., Takahashi K., Goodarzi M., Jin Y. Effect of hardening exponent on tube bending. Journal of Materials Processing Technology. 2008;201(1–3):189–192. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.11.286
  7. Nikitin V.A. Design of cold and hot pipe bending machines. St. Petersburg: TsTSS. Publ.; 2011. (In Russ.) ISBN 978-5-902241-14-0
  8. Kozlov A.V., Bobylev A.V. Technology and equipment for cold bending of thin-walled pipes. Chelyabinsk: YuUrGU Publ.; 2007. (In Russ.) ISBN: 978-5-696-03798-1
  9. Kozlov A.V., Bobylev A.V., Khaliulin E.V. Check of possibility cold are flexible pipes from corrosion-proof and titanic alloys. Tekhnicheskiye nauki — ot teorii k praktike [Technical sciences — from theory to practice]. 2012;14:104–111. (In Russ.) EDN: PEMBRP
  10. Kozlov A.V., Sherkunov V.G., Khil’kevich Ya.M. Experience of bending thin-walled pipes in a cold state. Tekhnologiya mashinostroyeniya [Mechanical engineering technology]. 2012;10:21–22. (In Russ.) EDN: KGWSGR
  11. Wu W., Dong H., Zhang S. Scattering of guided waves propagating through pipe bends based on normal mode expansion. Scientific Reports. 2022;12:12488. https://doi.org/10.1038/s41598-022-16708-z
  12. Vazouras P., Karamanos S.A. Structural behavior of buried pipe bends and their effect on pipeline response in fault crossing areas. Bulletin of Earthquake Engineering. 017;15:4999–5024. https://doi.org/10.1007/s10518-017-0148-0
  13. Li Y., Shuai J., Jin Z-l, Zhao Y-t, Xu K. Local buckling failure analysis of high-strength pipelines. Petroleum Science. 2017;14:549–559. https://doi.org/10.1007/s12182-017-0172-3
  14. Liang H., Zhou J., Lin J., Jin F., Xia F., Xue J., Jiachu Xu J. Buckle Propagation in Steel Pipes of Ultra-high Strength: Experiments, Theories and Numerical Simulations. Acta Mechanica Solida Sinica. 2020;33:546–563. https://doi.org/10.1007/s10338-019-00148-w
  15. Michael T.C., Veerappan A.R., Shanmugam S. Effect of ovality and variable wall thickness on collapse loads in pipe bends subjected to in-plane bending closing moment. Engineering Fracture Mechanics. 2012;79:138–148. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2011.10.009
  16. Zaitsev N.L., Popov V.A., Blinov I.V., Istomin A.I., Korzunin G.S. A method for estimating the metal residual life of the weld pipes of gas main pipelines. Russian Journal of Nondestructive Testing. 2011;47:431. https://doi.org/10.1134/S1061830911070096
  17. Robertson A., Li H., Mackenzie D. Plastic collapse of pipe bends under combined internal pressure and in-plane bending. International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2005;82(5):407–416. https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2004.09.005
  18. Vdovin S.I. Object-oriented modelling of pipe plastic bending. Forging and stamping production. Processing of materials by pressure. 2013;1:32–37. (In Russ.)
  19. Morozov Yu.A. Study of marginal deformations of the leaf extracts with regard to plastic thinning and destruction of the material. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2019;15(4):353–359. (In Russ.) https:// doi.org/10.22363/1815-5235-2019-15-5-353-359
  20. Morozov Yu.A. Force parameters of metal deformation during sheet stretching. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2020;16(6):493–503. (In Russ.) https://doi.org/10.22363/1815-5235-2020-16-6-493-503 Abramov A.G., Morozov Yu.A. Investigation of the process of shaping of bent pipes with considering the plastic properties of the metal. Sovremennyye materialy, tekhnika i tekhnologii [Modern materials, equipment and technologies]. 2022;5(44): 42–47. (In Russ.) EDN: VTEBUK
  21. Abramov A.G., Morozov Yu.A. Investigation of the process of shaping of bent pipes with considering the plastic properties of the metal. Sovremennyye materialy, tekhnika i tekhnologii [Modern materials, equipment and technologies]. 2022;5(44):42–47. (In Russ.) EDN: VTEBUK
  22. Averkiyev Yu.A., Averkiyev A.Yu. Cold stamping technology. Moscow: Mashinostroyeniye Publ.; 1989. (In Russ.) ISBN 5-217-00336-7
  23. Tret’yakov A.V., Zyuzin V.I. Mechanical properties of metals and alloys during pressure processing. Directory. Moscow: Metallurgiya Publ.; 1973. (In Russ.)
  24. Popov E.A. Fundamentals of the theory of sheet stamping. Moscow: Mashinostroyeniye Publ.; 1977. (In Russ.)
  25. Isachenkov E.I. Contact friction and lubricants in the process of metal forming by pressure. Moscow: Mashino-stroyeniye. Publ.; 1978. (In Russ.)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).