ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ТРУБ НА ПРОЧНОСТЬ

Полезная модель относится к области испытания материалов на прочность, в частности к образцам для испытания труб на длительную прочность.
7
Известен образец для испытания металла труб при двухосном напряженном состоянии, состоящий из отрезка трубы в виде полукольца, концы которой предназначены для нагружения усилиями, направленными по одной оси, а рабочая часть выполнена в виде проточки трубы (см. патент РФ №2073842, МПК G 01 N 3/08, опубл. 20.02.1997 г.).
Недостатком данного образца является невозможность создания однородного поля напряжений по всей толщине исследуемого образца, что снижает точность испытаний металла трубы на длительную прочность, из-за несоответствия реальной работе трубы.
7
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является образец для испытания труб на прочность, состоящий из отрезка трубы в виде полукольца, концы которой предназначены для нагружения усилиями, направленными по одной оси, со вставкой на внутренней стороне полукольца (см. патент РФ №2174225, МПК G 01 N 3/08, опубл. 27.09.2001 г.).
Недостатком прототипа является невозможность создания в рабочей зоне по всей толщине образца однородного поля растягивающих напряжений, что снижает точность оценки длительной прочности металла трубы, так как в реальных условиях трапециевидная эпюра напряжений по толщине образца не соответствует работе труб нефтегазопроводов, а также внутренняя часть полукольца образца снабжена вставкой переменной высоты, уменьшающейся от вершины к ее концам, что приводит к созданию однородных напряжений по всей поверхности трубы и к
непредсказуемости зоны разрушения образца, что снижает точность испытаний при определении прочности металла трубы.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности испытаний металла труб за счет максимального приближения условий испытания к эксплуатационным.
Технический результат заключается в создании однородного поля растягивающих напряжений по всей толщине металла трубы, а также регулирования и создания максимальных окружных напряжений в рабочей зоне образца при одноосном его нагружении.
тр
вст
Решение технической задачи достигается тем, что в известном образце для испытания труб на прочность, состоящим из отрезка трубы в виде полукольца, концы которой предназначены для нагружения усилиями, направленными по одной оси, со вставкой на внутренней стороне полукольца, согласно полезной модели, вставка выполнена с постоянной высотой, повторяющей форму полукольца и снабжена проточкой на ее выпуклой поверхности, а отношение толщины стенки трубы (δ) образца к высоте вставки (h) составляет:
тр
вст
δ/h-0,2÷2,
при длине (l) проточки, определяемой по формуле:
где R - радиус кривизны полукольца, в мм,
h - высота вставки, в мм.
Проверка на прочность металла труб данного образца позволила приблизить условия испытаний к реальным и повысить точность результатов прогностных характеристик.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен заявляемый образец; на фиг.2 - влияние радиуса R кривизны трубы на величину проточки l.
Образец представляет собой разрезное кольцо 1, вырезанное из реальной трубы со вставкой 2 постоянного сечения, расположенной с ее
внутренней стороны и с проточкой 3 на выпуклой стороне вставки.
тр
вст
Высоту вставки выбирали из соотношения толщины стенки трубы (δ) образца к высоте вставки (h), которую выбирали из заявленных пределов:
тр
вст
δ/h=0,2÷2, а величину проточки l по формуле:
где R - радиус кривизны полукольца, в мм,
h - высота вставки, в мм.
Испытание образца трубы осуществляли следующим образом.
тр
1
1
1
Испытанию подвергали стальную трубу радиусом R=110 мм и толщиной стенки (δ)=10 мм на установленную прочность. Ширину образца 1 выбирали из технологических соображений, т.е. присоединение в рабочей зоне проводов измерительных приборов, в этом случае ширина вставки 2 меньше и зависит от величины прикладываемых к торцам образца 1 радиальных усилий, создаваемых нагружаемым устройством. Высоту h вставки 2 выбирали в зависимости от соотношения σ/σ  (см. фиг.2) Затем вставку 2 с выбранными размерами жестко соединяли с сследуемым образом с помощью электросварки в торцах.
В процессе испытания к образцу 1 прикладывали усилие Р, равное 9300 (см. фиг.1), в результате чего образец 1 упруго деформировался и в его центральной части возникали растягивающие напряжения как по поверхности, так и по толщине. За счет проточки 3 напряжения по толщине образца распределись равномерно по всему сечению. Оптимальная длина проточки для образца 0219×10 мм равна 27 мм. В процессе испытания осуществляли наблюдение за ростом и развитием трещины. При достижении трещиной критических размеров, определяемых требованиями линейной механики разрушения, испытание прекращали. Образец доламывали и по кинетике роста трещины судили об усталостной прочности металла трубы.
Нагружение образца осуществляли на стандартной установке, нагружающее усилие определяли по тарировочному графику для каждого
конкретного образца в виде зависимости между напряжениями и нагружающим усилием.
Использование способа для испытания труб на прочность позволит по сравнению с прототипом обеспечить высокую точность и достоверность оценки усталостной прочности металла трубы.