Производство сэндвич труб: Производство сэндвич трубы для дымохода — что для этого необходимо и план организации

Posted on by alexxlab

Содержание

Производство сэндвич трубы для дымохода — что для этого необходимо и план организации

Автор Trubtraid.ru Опубликовано Обновлено

В наше время наибольшую популярность при обустройстве газоходов получили сэндвич трубы. Они обладают отличными эксплуатационными характеристиками. Поэтому данные конструкции пользуются большим спросом.

Производство сэндвич трубы для дымохода является выгодным бизнесом. В этой статье мы разберем основные аспекты, связанные с изготовлением этой продукции.

Организационные моменты

Чтобы начать выпуск рассматриваемой продукции необходимо подобрать хорошее помещение для размещения производства. Его площадь должна составлять не менее пятидесяти квадратных метров. На такой территории можно компактно разместить необходимое оборудование.

Важно, чтобы температура воздуха в таком цехе была не ниже восемнадцати градусов. Оборудование для изготовления сэндвич труб во много совпадет с тем, что используется для производства воздуховодов и вентиляционных каналов.

Сварочный аппарат

Для открытия бизнеса необходимо наличие:

  • сварочного аппарата;
  • фальцеосадочного станка;
  • мобильного проходного листогиба;
  • фальцепрокатного станка;
  • техники для прокатки ребер жесткости;
  • станка для резки металлопроката.

Дымоотводящие каналы стыкуются с помощью колен из гофры. Поэтому будет разумным приобрести оборудование для изготовления этих фасонных частей.

Данный станок бывает двух типов: полуавтоматический и автоматический. В первом случае вашему сотруднику придется в ручном режиме выполнять переустановку заготовки и осуществлять перезапуск оборудования.

Станки для резки

Для изготовления изделий из стали необходимо осуществлять ее подрезку. Для этого чаще всего применяют лазерные станки или гильотины. Для небольшого производства последний вариант более предпочтителен. Их стоимость доступная. К тому же, они занимают немного пространства.

Для работы ручной гильотины не нужно подключать электросеть. Аппарат работает за счет применения физической силы. Он удобен для нарезки листов толщиной до 1.5 мм.

Хорошим выбором будет пневматическая модель гильотины. Такие аппараты оборудованы специальным пневматическим приводом. В случае, если вы переходите на массовое производство сэндвич труб будет разумным приобрести механическую модель. Электрические аналоги подойдут для работы с листами, толщина которых не превышает десяти миллиметров.

Механические модели характеризуются определенным функционалом, облегчающим выполнение производственных задач.

Хорошая гильотина должна обладать:

  • контролем за гидроприжимами;
  • конвейером для приема готовых изделий;
  • комплексом поддержки.

Большинство моделей обладают производительностью 5 листов/час. Различие между ними заключается лишь в толщине разрезаемых листов.

Прокатка ребер жесткости

Чтобы усилить конструкцию изделий нужно применять специальные станки для создания ребер жесткости. Процесс осуществляется путем сгибания стенок уплотнения с шагом, составляющем около двадцати сантиметров.

Такое оборудование включает в себе два компонента, гарантирующие ровную профилировку: формирующее устройство и сварная станина. Первая деталь чаще всего выглядит в виде вальцов с роликами.

Создание ребер жесткости происходит одновременно по всей длине. Ключевая особенность этого оборудования заключается в том, что обрабатываемая заготовка не подвергается деформации.

Фальцепрокатные станки

Метод фальцовки является намного более практичным для соединения металлических деталей, чем сварка или клеевой способ.

Ключевое назначение рассматриваемого станка заключается в создании идеально ровного стыка нескольких компонентов. Данное оборудование позволяет создавать различные виды соединений. В том числе двойные и одинарные.

Станок для фальцовки

Принцип работы аппарата довольно простой. Формирующая деталь осуществляет протяжку металлического листа вдоль оборудования. Таким образом получаются фальцы двойного типа. Они позволяют создавать надежную замковую стыковку двух деталей.

Выбирая данную технику нужно четко знать с металлом какой толщины вам придется работать. Мобильные виды агрегатов характеризуются простым обслуживанием.

Существуют модели, в которых допускается изменение настроек профилирующих роликов. Они позволяют создавать стыковочные элементы и рейки. Функциональность оборудования отражается на его цене.

Фальцепрокатные аппараты ручного типа предназначены для работы с листами нержавейки до 0.7 мм. Для производства сэндвич труб необходимо использовать более мощные модели, позволяющие обрабатывать конструкции не только из нержавейки, но и из оцинковки и меди.

Чтобы осуществить отгиб фальца используют фальцегибочные аппараты. Желательно подбирать технику с электрическим приводом. Такие модели обладают производительностью в два раза большей, чем ручные аналоги. Пользуясь этим станком вы сможете производить до тысячи заготовок в одну рабочую смену.

Мобильный листогиб

Эту технику нужно выбирать особенно тщательно.

Уделите внимание таким моментам, как:

  1. Показатель мощности.
  2. Стоимость.

Важно, чтобы техника имела хороший запас мощности. В противном случае оборудование может быстро выйти из строя в условиях постоянной эксплуатации.

Подбирайте модель, способную обрабатывать листы, толщина которых на тридцать или более процентов больше реально нужно.
Цена агрегатов зависит от их категории.

Рассматриваемое оборудование может быть следующих видов:

  • гидравлическим;
  • электромеханическим;
  • ручным.

Последний вариант техники не обладает механическим приводом. Она бывает двух типов: стационарной и мобильной. Для производства сэндвич труб для дымоходов лучше использовать мобильный вариант. Существуют модели, оснащенные отрезными лезвиями. Они дают возможность использовать оборудование как для прогиба заготовок, так и для их резки.

Гидравлические и электромеханические варианты характеризуются большой стоимостью. Но без них невозможно создать массовое производство. Наиболее простые модели указанного типа подходят для обработки листов стали от 1 до 1.5 мм. Более мощные аналоги применяются для работы с заготовками с толщиной до двадцати миллиметров.

Станки часто оснащают комплексом ЧПУ. Для небольшого бизнеса покупка этого оборудование достаточно накладная. Цена таких систем в среднем составляет около восемнадцати тысяч долларов. Кроме того, для работы с таким станком нужен высококвалифицированный персонал.

Фальцеосадочные станки

Данные агрегаты используют в целях осадки фальца при изготовлении пустотелых деталей цилиндрической формы. Существуют модели, работающие как от ручного, так и от электрического привода. Следует выбирать станок, прессовочные ролики которого сделаны из качественной закаленной стали. В электромеханическом варианте оборудования уровень зажима, как правило, регулируется.

Данный вид техники довольно разнообразен.

Разница между моделями состоит в:

  • стоимости;
  • производительности;
  • длине осаживаемого фальца;
  • методе установке;
  • типе привода для перемещения формующей детали.

Техника с одинаковым показателем длины фальцевого замка характеризуется практически идентичным уровнем производительности. Рассматриваемые агрегаты позволяют обрабатывать до пятидесяти элементов в час.

Аппарат контактной точечной сварки

Некоторые компании отдают предпочтение точечной сварке. Эта процедура позволяет заменить фальцовку или спайку. Применение электричества позволяет нагревать металл до точки плавления. В результате обрабатываемые детали сжимаются, и соединяются друг с другом на молекулярном уровне. При осуществлении стыковой сварки электроток проходит по всей площади сечения свариваемых компонентов.

Важные детали

В качестве утеплителя нужно использовать базальтовую или каменную вату. Используйте качественный материал, если хотите чтобы ваша продукция имела хорошую репутацию. Крепление двух труб разного диаметра должно быть надежным. Недостаточно один элемент вставить в другой, а пространство между ними заполнить утеплителем.

Установка изделия

Также для производства сэндвич труб для дымоходов нужно использовать специальное программное обеспечение для проектирования производимой продукции. Если цех будет хорошо оборудован, а рабочий процесс правильно организован, то за одну рабочую смену можно выпускать до 500 готовых изделий.

Смотреть видео:

Дымоходные трубы и комплектующие. Производство дымоходов на заказ

Компания «Петролюкс Нева» рада предложить дымоходные трубы и все необходимые комплектующие. В нашем каталоге вы найдете отводы и тройники, крепления и уплотнители. Одно из важных преимуществ сотрудничества с нами состоит в том, что у нас можно купить все для устройства любого дымохода.

Ассортимент дымоходных труб включает изделия диаметром от 80 до 600 мм. Представлены трубы без изоляции и с изоляцией (сэндвич). Все трубы, отводы, тройники изготовлены из качественной нержавеющей стали, идеально подходящей для производства дымоходов. 

Дымоходы сэндвич

Изолированные дымоходы или, как их сегодня называют, дымоходы сэндвич занимают особое место в ассортименте нашей продукции. Это один из самых востребованных товаров. Стальной лист хорошо проводит тепло, поэтому трубу без изоляции нельзя размещать вблизи горючих элементов: деревянных перекрытий, стен, мебели и т. д. Утепленные дымоходы сэндвич соответствуют правилам пожарной безопасности и идеально подходят для деревянных домов и бань.

Для изоляции используется высококачественная минеральная вата Rockwool толщиной 20, 50, 100 мм. Утеплитель Rockwool — один из лучших теплоизолирующих материалов на современном рынке, поэтому мы выбрали именно его.

Дымоходы для бань и саун

Для хорошего банного отдыха важно правильно построить парилку, верно выбрать печь, но едва ли не важнее грамотно смонтировать дымоход. Наши дымоходы для бани< обеспечивают эффективное удаление продуктов горения, и, следовательно, здоровый микроклимат в парилке и хорошее самочувствие отдыхающим. Стальные дымоходы могут быть проложены как внутри бани, так и снаружи.

Мы предлагаем дымоходы для бани и полный спектр фасонных и монтажных элементов. Следует помнить, что неправильно устроенный дымоход может привести к попаданию дыма в парилку, отравлению угарным газом, пожару в бане. Высокий профессионализм наших специалистов — гарантия вашей безопасности.

Производство дымоходов

Компания «Петролюкс Нева» осуществляет производство дымоходов с использованием передовых технических решений, отвечающих потребностям современного покупателя.

Для производства дымоходов используется нержавеющая аустенитная сталь марки AISI-304 и AISI-316 (аналог 08Х18Н10 и Х17Н13М2Т), толщиной 0,5, 0,8 или 1,0 мм. Качественное сырье, современное оборудование, квалифицированные специалисты это принципы нашей работы. Результат — качественные, долговечные дымоходы, поставляемые по всему Северо-Западному региону и за его пределами.

Производство дымоходов из нержавеющей стали

Производство дымоходов в нашей компании осуществляется на новейшем оборудовании по инновационным технологиям!

Преимущества компании «ДЫМОХОД 66.РФ»:

  • В производстве используется сырьевая база высокого качества 
  • Высокотехнологичное оборудование
  • Собственный склад – вся продукция в наличии!
  • Производство труб и дымоходов в нашей компании осуществляется на современном оборудовании под контролем высококвалифицированных технологов и инженеров.
  • Мы сами производим дымоходы, а значит у нас нет дополнительных затрат на транспортировку и издержек на заключение договоров с дилерами!
  • Благодаря всему вышесказанному, мы готовы предоставить вам самые низкие цены на дымоходы в Екатеринбурге!
  • Кроме того, у нас работает самая лучшая команда профессиональных монтажников систем дымоотведения!

Преимущества дымоходов российского производства

 

Производство дымоходов в России является одним из самых успешных отраслевых рынков. Это становится возможным благодаря уникальным технологиям и неоценимому практическому опыту заводов по производству дымоходов.

Плюсы покупки дымохода от российского производителя:

  • Полностью адаптирован к погодным условиям в России;
  • Цена дымоходов российского производства ниже импортных изделий, поскольку нет дополнительных затрат на транспортировку товаров;
  • На стоимость дымохода не оказывает влияния курс доллара и евро.

 

Купить дымоход в Екатеринбурге

 

Купить продукцию завода по производству дымоходов вы можете на официальном сайте ДЫМОХОД 66.РФ.

Для того чтобы совершить покупку или рассчитать стоимость изделия по индивидуальным параметрам вы можете:

  • Позвонить нам по номеру: +7 (343) 372-35-61
  • Оставить заявку по эл.адресу: [email protected]
  • Или отправить понравившийся товар в корзину.

Производство дымоходов и воздуховодов от изготовителя на сайте ДЫМОХОД66.РФ – гарантия качества, надёжности и низкой цены!

Сэндвич-трубы для дымоходов: достоинства и недостатки

07.08.2014

Одноконтурные стальные дымоходы хороши. Они легкие, недорогие, простые в установке и – при использовании правильной стали – достаточно долговечные. Вместе с тем у них есть один существенный недостаток – высокая теплопроводность. Она является причиной трех проблем:

  • при охлаждении топочных газов скорость их прохождения по дымовому каналу снижается;
  • при охлаждении топочных газов внутри дымохода образуется конденсат;
  • нагретая до температуры 100 и более градусов стальная труба небезопасна.

К счастью, существует отличная альтернатива простым одноконтурным трубам – так называемые «трубы сэндвич».

Устройство

↑

Оно очень простое. Сэндвич-дымоход представляет собой «трубу в трубе». Между трубами находится слой утеплителя. В качестве утеплителя используется минеральная вата или базальтовое волокно. Вот и все.

Преимущества сэндвич-труб для дымоходов по сравнению с обычными одноконтурными трубами: ↑

  • более высокая скорость прохождения топочных газов по дымовому каналу;
  • существенно меньший объем конденсата;
  • более низкая температура наружной трубы;
  • возможность наружного монтажа;
  • меньший (140мм против 250мм у неутепленных труб) размер проема при проходе через перекрытия, стены и другие конструкции из горючих материалов.

Из недостатков сэндвич труб следует отметить только более высокую цену и чуть более сложный монтаж. Впрочем, о монтаже я расскажу ниже.

Как выбрать сэндвич трубы?

Марка стали

↑ Сегодня сэндвич-трубы для дымоходов делают все подряд и используют в качестве сырья что попало. Так вот – что попало не годится. Годится только годное.
Дымоходы из стали AISI 430

AISI 430 – низкоуглеродистая, хромисто-железная нержавеющая сталь. Аналог стали ГОСТ – 12Х17. Основные особенности:

  • хорошее сопротивление коррозии в мягких коррозионных средах;
  • хорошее сопротивление окислению при высоких температурах;
  • посредственная свариваемость – непригодна для производства сварных изделий, работающих под нагрузкой;
  • при температурах, близких к нулю, сталь становится хрупкой.

Сталь не содержит титана и молибдена и потому стоит сравнительно недорого. Сэндвич-трубы из стали AISI 430 можно использовать для дымоходов твердотопливных котлов, печей и каминов небольшой мощности.

Дымоходы из стали AISI 439

Сталь AISI 439 по своим свойствам похожа на 430, но содержит титан и потому имеет несколько более высокую механическую прочность и лучше противостоит коррозии. Сфера применения дымоходов та же, что и у труб из стали AISI 430.

Дымоходы из стали AISI 304

AISI 304, она же 08Х18Н10 – аустенитная нержавеющая сталь, содержащая титан и никель. Основные свойства:

  • хорошая свариваемость;
  • высокая прочность при низких температурах;
  • отличное сопротивление коррозии в мягких коррозионных средах.

Сэндвич-трубы из стали AISI 304 могут использоваться для создания систем дымоудаления с температурой топочных газов до 300º С. Это хорошее решение для бытовых газовых котлов и колонок.

Дымоход из стали AISI 316

Сталь AISI 316 отличается от 304 наличием молибдена, который повышает коррозионную устойчивость конструкций. Если ваш отопительный агрегат работает на дровах, дизельном топливе или газе и имеет большую мощность, рекомендуем купить сэндвич трубы из стали марки AISI 316

Дымоходы из стали AISI 310

Главная особенность стали AISI 310 – жаростойкость. Трубы из такого металла могут работать при нагреве до 1000 градусов. Это хорошее решение для угольных печей и котлов, отопительных агрегатов на торфобрикетах дровах, и т.п.

Дымоходы из стали AISI 321

Сталь марки AISI 321 отличается повышенной устойчивостью к коррозии, но предел ее жаростойкости составляет 600..800 градусов. Рекомендуем использовать сэндвич-трубы из этой стали для подключения дровяных печей.

Как определить марку стали?

В общем-то, никак – если на конструкциях нет маркировки, придется верить продавцам на слово. Качественные дымоходы имеют полную маркировку, которая дает массу полезной информации (подробнее о маркировке дымоходов и о том, как выбрать сэндвич-дымоход).

Есть один признак, по которому можно определить сталь с большим количеством легирующих добавок (то есть хорошую) – она не удерживает магниты. Обычные стали имеют выраженные магнитные свойства.

Качество сварки

↑

Сварной шов должен обеспечивать герметичность и быть таким же устойчивым к коррозии, как и другие элементы дымохода. Обеспечить должное качество шва может далеко не любая технология сварки. Ищите сэндвич трубы, сваренные в стык методом лазерной или плазменной сварки в инертной среде. Плазменную сварку использует, к примеру, компания «Балвент».

Выбор материала и толщины утеплителя

↑

В сэндвичх-трубах для дымоходов можно использовать только минеральный (в первую очередь базальтовый) утеплитель без связующих компонентов. Необходимо использовать именно утеплитель без связующих обусловлена высокой температурой топочных газов: связующее все равно окислится и выгорит, и в результате утеплитель будет испорчен.

Важной характеристикой является толщина слоя утеплителя. Компания «Росинокс» (один из самых известных производителей сэндвич-дымоходов в России) приводит следующие рекомендации:

Таблица. Выбор толщины утеплителя сэндвич-дымохода в зависимости от типа отопительного агрегата

Тип отопительного оборудования Температура уходящих газов, ºС Толщина утеплителя, мм
Конденсационные газовые котлы 60 25
Газовые котлы 110…180 25
Дизельные котлы 150…250 250
Микротурбинные установки 300 50
Газопоршневые установки 450…500 50
Дизельгенераторные установка 450…500 50
Газотурбинные установки 450…600 50
Тведотопливные котлы 400…700 50…100
Камины и дровяные печи 300…600 50…100

Производители

↑

В общем и целом производителей можно разделать на три группы:

Первый эшелон. Это уже упоминавшиеся «Балвент» и «Росинокс», а также «Вулкан», Craft, Феррум. Дорогие дымоходы, при производстве которых используется хорошая сталь, хорошие утеплители и отличное оборудование. Эти компании обычно дают гарантию 10…15 лет, но при нормальной эксплуатации их сэндвич-дымоходы вполне способны прослужить лет 30.

Второй эшелон. Это многие украинские производители, НииКМ и некоторые другие. Стоимость примерно на 30% ниже, чем у труб первого эшелона. Экономия в основном за счет качества стали и иногда за счет технологии сварки. Срок эксплуатации – до 20 лет, гарантия обычно лет пять.

Третий эшелон. Производством таких дымоходов может заниматься любая фирма на любом оборудовании, а потому качество непредсказуемо. Обычно такие дымоходы стоят в 2…2,5 раза дешевле продукции «Росинокс», но и гарантия на них часто составляет всего месяц.

Особенности монтажа сэндвич труб для дымоходов

↑

Обычные одноконтурные стальные трубы монтируются «по дыму», когда нижняя труба вставляется в верхнюю. Это необходимо, чтобы уходящие газы не задерживались на стыке. Сэндвич-трубы для дымоходов монтируются наоборот, «по конденсату»: при этом верхняя труба вставляется в нижнюю. Это необходимо для того, чтобы конденсат не задерживался на стыке и не попадал на утеплитель.

Более подробную информацию о сборке дымоходов из сэндвич-трубы вы можете получить на странице «Монтаж сэндвич-дымоходов».


станки для гибки дымоходов и труб

Компания Metal Master предлагает Вам широкий ассортимент ручных станков для производства дымоходов. Реализуемое оборудование отличается надёжностью, качеством исполнения и низкой стоимостью.

За длительное время своей работы (20 лет), мы получили огромное количество положительных отзывов от довольных клиентов.

Видео: обзор станка для гибки дымоходов

Видео: обзор вальцов для гибки труб

Мы поможем Вам подобрать достойной листогиб для изготовления дымоходов. Ниже будут предложены дельные советы, прислушавшись к которым можно выбрать оптимальный вариант техники для своего производства:

  1. Подбирайте агрегат с запасом. Он должен позволять обрабатывать металл на 30-50 процентов большей толщины;
  2. Внимательно изучайте технические характеристики станка. Вы должны точно знать формы металлических деталей производством, которых Вы собираетесь заниматься ближайшие несколько лет. Какое оборудование требуется стационарное или передвижное? Всё зависит от места установки;
  3. Потребуются ли Вам для качественной работы дополнительные опции (роликовые ножи, столы поддержки)?

Если Вам требуется мобильный станок для ремонтной мастерской или строительной площадки, то в этом случае оптимальным решением будет покупка ручного непроходного листогиба.

Вес такого оборудования не превышает 250 кг., толщина листового металла может варьироваться от 0,63 мм до 1,5 мм, длина листа (1040 мм до 2050 мм).

Листогибы Metal Master серий LBM и LBA отлично подойдут для решения технологических задач в условиях ограниченного производственного пространства.
Работа в цеху требует надёжной и долговечной техники, такой как ручные полнопроходные листогибы.

Наличие специальных полированных накладок позволит Вам работать с металлом, который обладает лакокрасочным или полимерным покрытием.

Для того чтобы произвести высокоточный гиб листового металла и создать из него изделие сложной формы, например такое как дымоход Вам потребуется сегментальный листогиб (лёгкая регулировка прижима листа, наличие пружинного компенсатора, нет ограничений в глубине подачи заготовки).

Сэндвич трубы для дымохода Чебоксары

ООО “Сфера труб” под торговой маркой Дымоходы.Ру – основной производитель и поставщик дымоходов Чебоксары и городов Чувашии. У нас можно купить дымоходы из нержавеющей стали и трубы для дымохода практически любого диаметра и исполнения, т.к. все дымоходы и трубы для котла изготавливаются на собственном производстве в г. Чебоксары. Мы изготовим любые газовые дымоходы, сэндвич дымоходы, дымоходы для котла и трубы для бани. Диаметры наших дымоходов начинаются от 80 мм (дымоход газового котла частного дома) и заканчивая диаметром 500 мм и более (дымоход газового котла многоквартирного дома с индивидуальным отоплением). Кроме дымоходов для котла в нашем ассортименте имеются трубы для бани, особенностью дымохода для бани является толщина нержавеющей стали от 1мм. На нашем производстве дымоходов применяется высококачественная нержавеющая сталь 304, 409, 430, 439, марок, которая обеспечит долговечную и надежную эксплуатацию газового котла или банной печи. Все дымоходы выпускаются с применением специальной технологии, в результате мы получаем абсолютно безвредный дымоход из нержавейки или оцинковки. Производимые нами дымоходы не только надежны и долговечны, но и просты в монтаже. Дымоходы могут быть окрашены практически в любой цвет по RAL, тем самым не испортят внешний облик здания. Мы изготавливаем дымоходы и трубы для котлов из нержавеющей стали по ценам ниже среднего, чтобы каждый клиент мог по достоинству оценить качество выпускаемой нами продукции. Кроме производства мы осуществляем установку и проверку дымоходов в Чебоксарах и городах Чувашии. Вам больше не придется тратить свое время и деньги на поиск того кто произведет монтаж дымохода. Все дымоходы выполнены в соответствии со всеми международными стандартами качества и подтверждены соответствующими сертификатами.

Дымоходы сэндвич из нержавеющей стали в Москве и обл.

Дымоходы сэндвич из нержавеющей стали

КОМПАНИЯ ДЫМОХОДОВ производит, продаёт и устанавливает 

дымоходы, газоходы, воздуховоды из нержавеющей стали для котлов, печей, каминов, бань и саун в Москве и Московской области.

Производство дымоходов из нержавеющей стали находится недалеко от Москвы в пос. Майдарово, Солнечногорского р-на. что позволяет изготовить дымоход из нержавеющей стали не стандартных размеров в кратчайшие сроки.

В производстве дымоходов используется качественные стали марок AISI 409, 430, 304, 316, 321. Швы элементов дымоходов произведены методом TIG-сварки встык на нержавеющих сталях. В качестве изоляции используется базальтовый изолятор IZOVOL выдерживающий температуру до 1000°С.

Вся продукция сертифицирована.

Разновидность дымоходов из нержавеющей стали

Одностенные дымоходы — предназначены для использования внутри      отапливаемого помещения, или для гильзования  кирпичных каналов.Двустенные дымоходы (сэндвич) — предназначены для использования внутри и снаружи зданий, что позволяет свести к минимуму образование конденсата.

 

Дымоход «ЭКОНОМ» AISI 430

 

 

AISI 409 – ферритная нержавеющая сталь (толщ. 1 мм.) применяется в изготовлении не дорогих дымоходов для твёрдотопливных печей, банных печей, котлов, каминов.
AISI 430 – нержавеющая сталь (толщ. 0,5 мм.) применяется в изготовлении дымоходов для печей, газовых котлов, каминов, колонок и другого газового оборудования.

 

Стоимость дымоходов Эконом посмотреть здесь >>>

Дымоход «СТАНДАРТ» AISI 304

 

AISI 304 — аустенитная нержавеющая сталь (толщ. 0,5 мм. и 1 мм.) применяется в производстве качественных дымоходов, которые лучше всего подходят для газовых котлов, колонок, водонагревателей, бойлеров, котлов на дизеле, а также твёрдотопливных печей, котлов, каминов

 

 

Стоимость дымоходов Стандарт посмотреть здесь >>>

 

Дымоход «ПРЕМИУМ» AISI 321

 

AISI 321 — аустенитная нержавеющая сталь (толщ. 1 мм.) применяется в производстве долговечных дымоходов для банных печей, каминов, котлов на каменном угле.

AISI 316 — аустенитная нержавеющая сталь (толщ. 0.5 мм.) применяется в производстве дымоходов для газовых котлов.

 

 

 

Стоимость дымоходов Премиум посмотреть здесь >>>

Наша компания производит окраску элементов дымохода порошковой краской в любой цвет по таблице RAL

 

Узнайте срок изготовления Вашего дымохода прямо сейчас по телефонам:

8(495)762-63-40 или 8(985)698-15-65

Для просчёта стоимости дымохода отправьте заявку или фото объекта на e-mail:

[email protected]

или на WhatsApp: тел. 8(985)698-15-65

 

Актуальные цены на комплектующие дымоходов «Эконом» из нержавеющей стали AISI 409, 430.

Прайс-лист 2021 года, цены в рублях.

Диаметр сэндвич трубы 110/200  (110 — диаметр внутренней трубы/200 — диаметр наружной трубы)
AISI 409(1мм) — нержавеющая сталь толщиной 1 мм.
AISI 430(0.5мм) — нержавеющая сталь толщиной 0,5 мм.
Цинк (0,5мм) — оцинкованная сталь толщиной 0,5 мм.

 

Наименование

Диаметр ø 430(0.5мм)/
цинк(0,5мм)		 409(1мм)/
цинк(0,5мм)		 430(0,5мм)/
430(0.5мм)
 Труба сэндвич 1 м80/1602000
110/2003300160020502650
115/2003300160021002650
120/2003300160021502650
130/2003400165022502750
150/2303900190026003200
160/2304200210029003300
180/2604600235030503750
200/2805300255035004100
250/3306900285040004850
300/3807800340047505600
350/4309000390055006700
400/48010200440062507600
500/580136005650800010100
 Труба сэндвич 0,5 м80/1601100
110/200200092012301550
115/200200095012601550
120/200200095013001550
130/2002100100013501650
150/2302400115015601900
160/2302900125017002000
180/2603100135018302300
200/2803600153021002400
250/3304200171024002900
300/3804700205028503300
350/4305450234033004100
400/4806200264037504550
500/5808250340048006100
  Колено сэндвич 135Диаметр ø

430(0.5мм)/

цинк(0,5мм)

409(1мм)/

цинк(0,5мм)

430(0,5мм)/
430(0.5мм) 
80/1601150
110/2002400107014502000
115/2002400110014702000
120/2002400112015102000
130/2002900114016002200
150/2303300133018202600
160/2303700145020002750
180/2604000157521353100
200/2804700204028003600
250/3306100228032004300
300/3807000272038005000
350/4308250312044006000
400/48093503960 56256900
500/580123005085 72009100
Колено сэндвич 9080/1601700
110/2003100137018502400
115/2003100140019002400
120/2003100143019352400
130/2003300146020252500
150/2303900171023403000
160/2304100190025603100
180/2604600202527453600
200/2805500255035004200
250/3307200285040005000
300/3808900340047506500
350/43010300430060507700
400/48011700484068758700
500/580169006780 960012250

Тройник сэндвич 90 с (заглушка в комплекте)

Диаметр ø409(1мм)/
430(0,5мм)		430(0.5мм)/
цинк(0,5мм)		409(1мм)/
цинк(0,5мм)		430(0,5мм)/
430(0.5мм)
80/1602300
110/2004100183024603400
115/2004100188025203400
120/2004100191025803400
130/2004200195027003600
150/2304900228031203800
160/2305100265037204000
180/2605700292539654500
200/2806650331545505000
250/3309350370052006300
300/38010500442061757500
350/43012000507071509000
400/480 14600 5720 8125 10900
500/580 20900 7910 11200 15400

Четверник сэндвич

Крестовина

80/1603100
110/20056004600
115/20056004600
120/20056004600
130/20057504700
150/23068005200
160/23069505400
180/26079006100
200/28091006900
250/330127008600
300/3801430010250
350/4301650012000
400/4801995014850
500/5802850020900

Тройник сэндвич 135 (заглушка в комплекте)

80/1602900
110/2005500290039004100
115/2005500 297039904100
120/2005500 302040854100
130/2005900 308042754300
150/2307000 361049404900
160/2307300395055605100
180/2608800 427558006100
200/28010200 485066507000
250/33011500 541576009100
300/38012700 6460902510800
350/43013900 74101045013000
 400/48016000 8360 11875 15300
 500/580 2150011300 16000 19800
Старт-сэндвичДиаметр ø409(1мм)/
430(0,5мм)		430(0.5мм)/
цинк(0,5мм)		409(1мм)/
цинк(0,5мм)		430(0,5мм)/
430(0.5мм)
80/160600
110/20013005007001000
115/20013005007001000
120/20013005007001000
130/20014006007501100
150/23016506508001150
160/23017501300
180/26020007509001400
200/280230080010001550
250/330250090011002000
300/3802750110012502300
350/4303200120014502650
 400/480 3800 1450 1700 3100
 500/5805700 2050 26004200
Площадка монтажная80/1601400
110/20017001550
115/20017001550
120/20017001500
130/20018001550
150/23020001850
160/23022002100
180/26027502600
200/28032003000
250/33038003500
300/38045004100
350/43053004900
400/48060005500
500/58077006800
  Заглушка Диаметр ø 430(0.5мм)
80/160400
110/200450
115/200450
120/200450
130/200450
150/230500
160/230500
180/260650
200/280700
250/330800
300/380950
350/4301150
 400/4801300
 500/5801700
Оголовок80/1601100
110/2001200
115/2001200
120/2001200
130/2001200
150/2301300
160/2301300
180/2601550
200/2801800
250/3302200
300/3802750
350/4303300
 400/480 3800
 500/580 5000
Оголовок с дефлектором Диаметр ø  430(0.5мм)
80/1601600
110/2002200
115/2002200
120/2002200
130/2002200
150/2302500
160/2302500
180/2603000
200/2803300
250/3304000
300/3804500
350/4305000
400/480 5700
500/580 7500

Оголовок конус

80/160650
110/200800
115/200800
120/200800
130/200800
150/230900
160/230950
180/2301000
200/2801100
250/3301400
300/3801750
350/4302200
400/4802500
500/5803300
Хомут обжимной200250
230270
260280
280300
330330
380400
 480460
580550
 ППУДиаметр øЦинк/нерж
2001300
2301300
2601300
2801750
3302000
3802200
4803000
5803800

Труба 1 м

 Диаметр ø409(1мм)430(0.5мм)
80650
1101400800
1151400800
1201400800
1301500900
15015001000
16016001100
18020001200
20023501400
25030001650
30036002000
35042002400

Труба 0,5 м

80400
110850500
115850500
120850500
130900550
1501000600
1601000650
1801200750
2001450850
25018001000
30022001200
35025501450
 

 Тройник 90

80950
11016501100
11516501100
12016501100
13017001200
15021001400
16022001500
18025001700
20030002000
25038002500
30046002900
35055003300

 Тройник 135

801100
11021501400
11521501400
12021501400
13024001500
15029001800
16031001900
18033002200
20040002500
25050003100
30063003900
35075004700
Колено 135Диаметр ø  409(1мм) 430(0.5мм)
80400
110800500
115800500
120800500
130850550
1501050600
1601100700
1801300850
2001500950
25018001200
30025001450
35029001800
Колено 9080500
1101150700
1151150700
1201150700
1301300750
1501600850
1601750900
18020001100
20022001300
25026501700
30030002200
35038002600
Шибер поворотныйДиаметр ø  409(1мм)
110800
115800
120800
130800
150900
1601000
1801100
2001250
2501550
3001700
3501950

Шибер задвижка

1101000
1151000
1201000
1301000
1501200
1801650
2001900
2502300
3002650
3503100

Кронштейн телескопический

115800
150800
200900
2301000
2601050
2801100
3301200
3801350
Консоли нерж.(косынки)4001500
5002200
6002200
7503000
9504000
Площадка с хомутом115900
150900
2001000
2301000
2601100
2801200
3301300
3801500
4301800
Крепление стеновое115650
150650
200800
230850
260900
2801000
3301100
3801200
4301350

Мастерфлеш (кровельная проходка)

ЦветДиаметр 200-280 мм.Диаметр  260-480 мм.
коричневый23005000
красный23005000
серый23005000
зелёный23005000

А так же изготовление изделий и комплектующих дымоходов не стандартных размеров по чертежам заказчика (переходники, баки, теплообменники и т.д.).

Преимущества сэндвич дымоходов

Металлические сэндвич дымоходы идеально подходят для любого типа котлов и печей, препятствуют оседанию сажи, а также имеют незначительную теплоёмкость. Отметим, что стальные дымоходы из нержавейки существенно дешевле конструкций из других материалов, при этом устойчивы к различным воздействиям, и обладают отличными параметрами надёжности и долговечности. При правильной установке, срок эксплуатации стальных конструкций дымохода практически неограничен. Продукция, которую производит наша компания, имеет все необходимые сертификаты качества. Трубы для дымоходов изготовлены из специальной кислотоустойчивой, жаропрочной стали. В качестве утеплителя используется базальтовая вата толщиной 30-50 мм, выдерживающая температуру до 1000 градусов и обладающая низкой теплопроводностью. Все комплектующие для дымоходов изготовлены в заводских условиях на специальном оборудовании и имеют сертификаты качества.

Срок эксплуатации таких дымоходов практически неограничен, при условии правильного использования и грамотного монтажа.

Дымоход как необходимость

Дымоходы уже давно вошли в обиход. На протяжении долгого времени, данная конструкция изготавливалась из кирпича. Благодаря стремительному прогрессу и современным технологиям сегодня самыми популярными становятся металлические дымоходы из нержавеющей стали (трубы сэндвич).

 

 

Стальные дымоходы из нержавеющей стали

Так как данные трубы из нержавеющей стали используются для котлов отопления, к ним предъявляются высокие требования качества. Дымоходы  и газоходы из нержавеющей стали, производством и продажей которой занимается наша компания, соответствуют высоким стандартам, устойчивы к перепадам температур, а также выделяются своей компактностью и легкостью при монтаже.

 

(PDF) Конструктивные аспекты и преимущества многослойных труб для сверхглубоких водоемов

материалов, соединенных вместе, вносящих свой вклад с их единственными свойствами

в глобальные структурные характеристики. Обычно сэндвич-структура

делится на три слоя: один внешний и

внутренний тонкий и жесткий и центральный толстый и гибкий сердечник.

Внешние слои соединены с сердечником, чтобы обеспечить передачу нагрузки

между компонентами.Численные и экспериментальные исследования

были выполнены для получения данных о механическом поведении

этого типа структур, которые не очень хорошо понятны

до сих пор, как это было сделано Borselino et.al. (2004) и

Соколинский и др. (2002). Сэндвич-конструкции, то есть легкие и жесткие панели

, использовались в основном в военно-морской промышленности,

в поисках преимуществ, связанных с уменьшением веса, экономией топлива

, стабильностью во время навигации и стойкостью к коррозии,

, как указано Mouring (1999). ).Несколько многослойных

применений с целью теплоизоляции для подводных трубопроводов

и оборудования в морской отрасли, но

преимущества структурных характеристик такого типа конструкции

еще не использовались для глубоководных трубопроводов и

стояки, как и в настоящей работе.

Численные и экспериментальные исследования, проведенные Estefen

et al. (2005) для предела прочности при комбинированном внешнем давлении

и изгибе показали, что SP могут применяться для

на глубинах воды до 3000 метров.Поведение межслойного контакта

, то есть степень адгезии, наблюдалось, чтобы

оказали значительное влияние на давление схлопывания. Среди преимуществ

по сравнению с одностенной трубой было отмечено значительно более высокое значение прочности на изгиб

при эквивалентном внешнем давлении

при аналогичном весе стали и меньшем погруженном весе.

Структурная прочность также сильно зависит от материала

кольцевого слоя.Полипропилен был принят в этой работе благодаря разумной невысокой стоимости и хорошим механическим свойствам

.

Наружное покрытие из материалов с низкой теплопроводностью,

, т.е. пенополиуретан, широко применяется в трубопроводах подводных лодок

. Он может применяться в многослойных полимерах

различной плотности для сочетания отдельных свойств, таких как термическая, механическая,

химической защиты и защиты от коррозии. Однако глубина воды

ограничивает применение полимерных пен до определенной глубины, а

использование систем PIP становится необходимым, если теплоизоляция

является важным требованием.Изоляционная способность SP составляет

в зависимости от толщины полимера и теплопроводности.

Твердый полипропилен, использованный в более ранних исследованиях, имеет более низкую изоляционную способность

, чем другие полимерные пенопласты, но имеет

относительно хорошую механическую прочность. Большинство изоляционных материалов

не подходят для использования в SP кольцевом,

из-за низкой механической прочности.

Более поздняя работа Castello et al. (2007) проанализировали два других варианта

кольцевых материалов, что привело к очень хорошему соотношению

между теплоизоляцией и механической прочностью.

Использовалась эпоксидная синтаксическая пена и полиимидная пена. Конструкция

по сравнению с системой PIP оказалась успешной, указав на

более низкий вес стали и погруженный вес.

В этой работе были выбраны многослойные трубы из полиуретана

кольцевых материалов, разработанные Dow Brasil S.A.

для численного моделирования разрушения под действием внешнего давления и

для сравнения результатов с системой PIP. Они разработаны для гипотетического нефтегазового месторождения

, требующего внутреннего диаметра 6 и максимального коэффициента теплопередачи

, равного 1.5 Вт / м2 ° C на глубине 2500 м

. В числовых моделях используются специальные контактные элементы

для имитации адгезионных эффектов. Адгезионные свойства

были получены экспериментально путем испытаний на сдвиг образцов из полиуретана

, связанного со сталью, которые были изготовлены

TenarisConfab SA. Физические и

тепловые свойства полевых и полученных жидкостей, используемые в этой работе, были получены из

ссылок Су Цзянь и др.(2005), где был смоделирован анализ глобального теплового баланса

для многослойной трубы с активным нагревом в сверхглубоких водах

.

Концепция SP сильно зависит от теплопроводности

и механических прочностных свойств кольцевого полимера. Использование полипропилена

для концепции SP не соответствует требованиям

, установленным для этого гипотетического нефтяного месторождения, даже при использовании

16 во внешней трубе. Более эффективные изоляционные материалы, такие как пенополиуретан средней плотности

, выбранные для этого исследования,

могут удовлетворить жесткие термические требования.

Полиуретановые SP содержат меньше стали и легче, чем

PIP, это вариант полиуретана с плотностью 500 кг / м3 с 65% веса стали PIP

и половиной веса в погруженном состоянии. SP с плотностью 750

кг / м3 так же термически эффективен, как PIP, со следующим внешним диаметром трубы, указанным в API 5L

, и использует 73% веса стали

. Все SP были спроектированы с неблагоприятной начальной овальностью

1,5% как для внутренней, так и для внешней трубы. Было рассчитано

с выровненными направлениями овальности максимального диаметра, из которых

дает минимальное сопротивление разрушению и повышенные напряжения для сталей

и поверхностей сцепления.

ЧИСЛЕННАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ДАВЛЕНИЯ ОБРАБОТКИ

Модель конечных элементов, аналогичная тем, которые использовались в более поздних работах

, используется для определения сопротивления внешнему давлению.

Метод Рикса был использован для определения внешнего сопротивления давлению

. Во всех моделях сетка была создана с использованием

трехмерных квадратичных твердотельных элементов C3D27, с

двадцатью семью узлами и тремя степенями свободы на узел. Полимер

предполагался с объемной несжимаемой характеристикой

, поэтому в кольцевых слоях использовались элементы со смешанным составом

C3D27H.Для внутренних и наружных труб использовалась сталь

API X-60 с пределом текучести

414 МПа, коэффициентом Пуассона 0,3 и модулем упругости

205 ГПа. Это было смоделировано теорией пластичности

правила потенциального течения J2, связанного с изотропным упрочнением, и

критериями фон Мизеса, определяющими критерии для комбинированных моделей нагружения.

Полимеры, используемые в кольцевом слое, моделировались как нелинейный упругий материал

(гиперупругий). Кривая напряжения-деформации

используется программой для моделирования поведения материала в соответствии с теорией энергии деформации

Марлоу.Механическую прочность полимеров

оценивали при температуре 25 и 80 ° C, чтобы получить более

реалистичных результатов, аналогичных моделированию, выполненному ранее

Souza et al. (2007). Температурный профиль кольцевого слоя

был принят с линейным распределением, а программа конечных элементов

линейно интерполирует зависящие от температуры механические свойства

. Это консервативное предположение,

, потому что реальный профиль радиальных систем является логарифмическим, поэтому температура

должна падать быстрее по мере увеличения толщины наружу.

Начальная овальность рассчитывается по выражению:

max min

0

max min

DD

DD

–

Δ = + (1)

, где D относится к внешнему максимуму и минимуму

диаметра многослойной трубы.

Изотропная модель кулоновского трения была принята для моделирования

условий прерывистого скольжения, представляющих ситуации сцепления и разрушения

на границе раздела между стальными трубами и кольцевым слоем.

Как показано в более поздних работах, адгезия имеет существенное значение.

2 Авторское право © 2009, ASME

IRJET-Запрошенная вами страница не была найдена на нашем сайте

IRJET предлагает статьи из различных инженерных и технологических, научных дисциплин для Тома 8 Выпуск 8 (август 2021 г.)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8 Выпуск 8, август 2021 г. Публикация продолжается …

Обзор статей

Получено IRJET “Фактор влияния научного журнала: 7.529 “на 2020 г. Август 2021 г.)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 8, август 2021 г. Публикация продолжается …

Обзор статей

Получено IRJET “Фактор влияния научного журнала: 7.529 “на 2020 г. Август 2021 г.)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 8, август 2021 г. Публикация продолжается …

Обзор статей

Получено IRJET “Фактор влияния научного журнала: 7.529 “на 2020 г. Август 2021 г.)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 8, август 2021 г. Публикация продолжается …

Обзор статей

Получено IRJET “Фактор влияния научного журнала: 7.529 “на 2020 г. Август 2021 г.)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 8, август 2021 г. Публикация продолжается …

Обзор статей

Получено IRJET “Фактор влияния научного журнала: 7.529 “на 2020 г. Август 2021 г.)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 8, август 2021 г. Публикация продолжается …

Обзор статей

Получено IRJET “Фактор влияния научного журнала: 7.529 “на 2020 г. Август 2021 г.)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 8, август 2021 г. Публикация продолжается …

Обзор статей

Получено IRJET “Фактор влияния научного журнала: 7.529 “на 2020 г. Август 2021 г.)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 8, август 2021 г. Публикация продолжается …

Обзор статей

Получено IRJET “Фактор влияния научного журнала: 7.529 “на 2020 г. Для глубоководных и сверхглубоководных сценариев требуются стальные трубопроводы с очень толстыми стенками или тяжелые системы «труба в трубе», которые дороги и сложны в установке. Сэндвич-труба – это новая концепция трубопровода, состоящая из двух концентрических стальных труб, разделенных полимерным кольцевым пространством и связанных с ним обеспечить адекватное сочетание прочности конструкции и теплоизоляции.В более поздних работах многослойные трубы были проанализированы на предмет прочности конструкции, и результаты показали хорошее соотношение между весом стали и сопротивлением внешнему давлению, в основном по сравнению с системой «труба в трубе». Для выполнения требований по теплоизоляции следует выбрать подходящий полимер для кольцевого слоя, сочетающий в себе требования к изоляции и хорошую прочность сцепления со сталью, которые являются определяющими для адекватных характеристик. Многослойные трубы с внутренним диаметром, типичным для тех, что используются в морской добыче, подвергаются численному анализу для оценки предела прочности при внешнем давлении.Выбраны материалы на основе полиуретана с различными механическими и термическими свойствами. Экспериментальные испытания проводятся для оценки прочности сцепления со сталью, которые используются в качестве исходных данных для численных моделей. Учитываются нелинейная геометрия, свойства материала и контакта, а также влияние температуры на жесткость полимера. Для оценки изоляционной способности для каждого варианта рассчитывается общий коэффициент теплопередачи и учитывается максимальное «значение U» для всех систем. Кроме того, численный и аналитический анализ используются для разработки системы PIP для гипотетического морского месторождения.Условия аналогичны условиям недавно обнаруженных подсолевых месторождений на шельфе Бразилии, т.е. глубина воды 2500 м и температура добываемой жидкости 80 ° C. Таблица спецификаций API 5L используется для выбора толщины и диаметра, а API RP1111 используется для проектирования внутренней трубы PIP. Результаты показывают, что многослойные трубы с соответствующей прочностью и изоляционным кольцевым материалом могут дать значительные преимущества по сравнению с системой PIP. В дополнение к преимуществу многослойной структуры, направления максимального диаметра начальной овальности между внутренней и внешней трубами играют второстепенную роль, которая обеспечивает дополнительную прочность для сопротивления сжатию.Меньший вес стали рассчитывается во всех случаях, даже если внешняя труба больше. Во всех случаях вес в погруженном состоянии был ниже, что является важным параметром при установке, поскольку могут потребоваться менее дорогие укладочные суда.

C: /Users/roberta.CASA/Desktop/Roberta/RICERCA_2016/Pipe_2016/nuova versione / Definitivo_12032016 / Pipe5_rev.dvi

% PDF-1.5 % 1 0 объект > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 2 0 obj > / Шрифт> >> / Поля [] >> эндобдж 3 0 obj > ручей двип (к) 5.995 Copyright 2015 Radical Eye Software 2016-03-14T14: 02: 58Z2016-03-12T18: 58: 16 + 01: 002016-03-14T14: 02: 58Zapplication / pdf

  • C: /Users/roberta.CASA/Desktop/Roberta/ RICERCA_2016 / Pipe_2016 / nuova versione / Definitivo_12032016 / Pipe5_rev.dvi
    • Acrobat Distiller 10.1.16 (Windows) uuid: 01c3706c-4a60-4348-9f15-077357cec901uuid: 4e7a49e2-ab61-4944-9e0d-d2a94c089ff7 конечный поток эндобдж 4 0 obj > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 21 0 объект > эндобдж 22 0 объект > эндобдж 23 0 объект > эндобдж 24 0 объект > эндобдж 25 0 объект > эндобдж 26 0 объект > эндобдж 27 0 объект > эндобдж 28 0 объект > эндобдж 29 0 объект > эндобдж 30 0 объект > эндобдж 31 0 объект > эндобдж 32 0 объект > эндобдж 33 0 объект > эндобдж 34 0 объект > эндобдж 35 0 объект > эндобдж 36 0 объект > эндобдж 37 0 объект > эндобдж 38 0 объект > эндобдж 39 0 объект > эндобдж 40 0 объект > эндобдж 41 0 объект > эндобдж 42 0 объект > ручей h ޤ Wn #; + kMlhY + I1 ߑ N&MY! 0`u9u / Ջ] ~} v ~ z ~ 8yjwg \! 4 />, 6 “67 ~ * Ǐw4g4˴] 7gbr% I-] Z & ۵Z’j [, RnV? \ Э./ gNh5uo W2t _ $ (h / ɳz? “D /: J) D && i & Y7NЕtIS ه D {ǧc8’D? (H \? KtAPohVǸE3iM @ D (d55T% [iEZ C7> ڌ” foL ~ P} * jP! w “| Y 酹 chiEiVsiRIjR d $ Ն nEyt 7ORyB٢࣡cÞwxW & tz! X

    Экспериментальное и теоретическое исследование сэндвич-панелей со стальными лицевыми панелями и сердечником из стеклопластика

    В этом исследовании была представлена ​​новая форма композитных сэндвич-панелей со стальными пластинами в качестве лицевых панелей и полыми пултрузионными полыми трубами из армированного стекловолокном полимера (GFRP) оценка. В этой новой панели стеклопластик и сталь были оптимально объединены для получения высокой жесткости на изгиб, прочности и хорошей пластичности.Испытание на четырехточечный изгиб было проведено для анализа распределения напряжения, деформации, прогиба в середине пролета и режима окончательного разрушения. Метод преобразования раздела был использован для оценки напряжения и прогиба в середине пролета сэндвич-панелей. Теоретические значения, экспериментальные результаты и значения моделирования методом конечных элементов сравниваются и, как оказалось, находятся в хорошем согласии. Было смоделировано влияние толщины стальной облицовки на прогиб и напряжение в середине пролета. Результаты показали, что прогиб и напряжение в середине пролета уменьшились, а приличная скорость стала меньше по мере увеличения толщины стального лицевого листа.Была рекомендована наиболее эффективная толщина стального лицевого листа.

    1. Введение

    В последние годы сэндвич-конструкции получили широкое распространение. Сэндвич-панель представляет собой типичную конструкционную форму с хорошими структурными характеристиками и превосходными материальными преимуществами, такими как более высокая прочность, лучшие характеристики при амортизации, а также более низкая плотность по сравнению с традиционными однослойными материалами [1–5]. Во всем мире исследования конструкций металлических сэндвич-панелей продолжаются с 1950-х годов, и соответствующие исследования можно найти в публикациях Аллена [6].Путем экспериментов Дэвис [7] предложил соответствующие формулы расчета прогиба для сэндвич-панелей с металлической облицовкой, а Фростиг и Барух [8] изучали механическое поведение сэндвич-балок, когда верхняя и нижняя облицовочные листы были идентичными или разными. Финский ученый Франк и др. [9] оценили усталостную прочность стальных многослойных панелей с сердечником, сваренными лазером. Реакция на изгиб 3D-панели была проанализирована с использованием метода конечных элементов. Смоделированные значения сравнивались с экспериментальными значениями и показали хорошее соответствие.Кембриджский университет [10] разработал тип многослойной балки, состоящей из Y-образной рамы и гофрированных сердечников, которые были изготовлены путем сборки и пайки предварительно сложенных листов нержавеющей стали AISI типа 304 вместе, и провел эксперименты по трехточечному изгибу, чтобы изучить ее предельную нагрузочную способность и режим разрушения. ; Программное обеспечение с бесконечными элементами также использовалось для моделирования количества материалов сердечника, толщины материала сердечника и угла гофрирования, а также для предложения эффективного метода проектирования.Шведские ученые Колстерс и Зенкерт [11] провели испытание на сжатие сваренных лазерной сваркой стальных сэндвич-панелей и определили режим разрушения при боковом давлении, предельную несущую способность при боковом давлении и соответствующую кривую деформации для этого типа сэндвич-панелей. Основываясь на теории изгиба панелей, эти авторы также предсказали предельную несущую способность в состоянии бокового давления для сэндвич-панелей, и их расчетные значения оказались в хорошем согласии с экспериментальными результатами.Швейцарский Келлер [12] и его команда разработали новый тип гибридной мостовой балки и провели серию исследований, которые включали статические испытания, испытания на усталость и теоретические расчеты. Они также использовали легкую древесину в качестве основного материала и стеклопластик в качестве облицовки для изготовления сэндвич-настилов мостов. Huo et al. [13] обнаружили, что толщина облицовки влияет на пластичность деки GFFW при смещении. Seo et al. [14] представили концепцию гибридизации материалов, увеличивающую модуль упругости стержней из стеклопластика за счет использования стали.Озес и Нешер [15] оценили характеристики адгезионного соединения, и результаты показали, что шероховатость поверхности стали оказывает значительное влияние на характеристики сцепления стали с комбинациями FRP. Металлические листы используются на внешних поверхностях для максимальной жесткости, в то время как внутренние легкие сердечники склеиваются с ними, чтобы удерживать всю структуру вместе; это несовместимо с концепцией, разработанной Mamalis et al. [16]. В ASTM [17] сформулированы методы экспериментов по продольному изгибу и технические требования к конструкции многослойных сэндвич-панелей.

    В настоящее время все еще существует множество недостатков при использовании стальных листов и многослойных стальных листов, используемых в балках мостов и на судах, таких как необходимость в слишком большом количестве сварных соединений, легкая коррозия и трудности в обслуживании. Он редко подходит для приложений в сложных напряженных состояниях. Полимерные композитные материалы, армированные волокном, становятся все более популярными в качестве материалов для замены изношенных бетонных настилов мостов; две разные палубы моста FRP были смоделированы для их динамических реакций Prachasaree et al.[18]. В этой статье представлена ​​новая композитная сэндвич-панель, состоящая из стальной плиты в качестве верхней и нижней облицовки и средних полых квадратных труб из стеклопластика в качестве сердечника. Трубки из стеклопластика формуются вместе со стальной лицевой панелью в процессе производства. Этот тип композитных сэндвич-панелей имеет несколько преимуществ по сравнению с традиционными плитами: () можно избежать сварочных работ в процессе производства и уменьшить количество сварных швов; стальная облицовочная пластина, () стальная плита, расположенная на поверхности, проста в обслуживании, и () полая трубная сердцевина из стеклопластика квадратного сечения может уменьшить работу, необходимую для резервирования различных труб и трубопроводов.Он в основном предлагается для применения на судах, мостах и ​​зданиях, так как обладает малым весом, высокой прочностью, высокой жесткостью и хорошей износостойкостью. Использование сэндвич-панелей такого типа в качестве мостовых настилов позволяет избежать таких недостатков, как низкая жесткость и легкость раскола, которые имеют составные композитные мостовые настилы. Кроме того, применение сэндвич-панели такого типа в стальных коробчатых балках позволяет получить меньшую область отрицательного момента из-за ее относительно высокой жесткости. Для изучения свойств изгиба этой композитной сэндвич-панели из стали и стеклопластика была проведена серия экспериментальных исследований при четырехточечном изгибе.Предел прочности на изгиб и прогиб в середине пролета были рассчитаны методом трансформированного сечения. Аналитическая модель FEM была разработана для прогнозирования предельной прочности на изгиб, а также прогиба панелей в середине пролета.

    2. Экспериментальная программа
    2.1. Подготовка образца

    Образцы, созданные в этом исследовании, состояли из стального лицевого листа, композитного сердечника из армированного стекловолокном пластика (GFRP), который был получен пултрузией в виде полых квадратных ванн. Используйте структурный клей, чтобы скрепить трубки из стеклопластика вместе, и сердцевина была заостренной.Нанесите структурный клей на поверхность стальной плиты, приклейте на нее сердечник трубы, поместите еще один кусок плиты на сердечник трубы и затем надавите. Формованный образец показан на рисунке 1.


    Один полый образец из стеклопластика, четыре многослойных образца со стальной лицевой панелью и сердечником из стеклопластика и один образец с лицевой панелью из стеклопласта и сердечником из стеклопласта были подготовлены, как показано в таблице 1. Высота все материалы сердечника были 75 мм, а ширина – 300 мм. Толщина стальных лицевых панелей составляла 4, 6, 8 и 10 мм, а лицевых панелей из GFPR составляла 6 мм при идентичной ширине 300 мм.Размеры образцов приведены в таблице 2.

    Образец Образец
    S () – полая трубка GFRP 9044
    S () – GFRP Стальная лицевая панель (толщина: 4 мм) + полая трубка из стеклопластика
    S () – GFRP Стальная лицевая панель (толщина: 6 мм) + полая трубка из GFRP
    S () – GFRP Стальная лицевая панель (толщина: 8 мм) + полая трубка из стеклопластика
    S () – GFRP Стальная лицевая панель (толщина: 10 мм) + полая трубка из стеклопластика
    F () – GFRP Лицевая панель из стеклопластика (толщина: 6 мм) + полая трубка из стеклопластика
    Примечание: в названиях образцов буква «S» представляет стальную облицовку, а Рисунок, следующий за ним, представляет отправляет толщину стального лицевого листа; «F» обозначает лицевую панель из стеклопластика, а «стеклопластик» обозначает сердцевину композитной трубы.
    Образцы Длина Ширина Толщина лицевого листа Высота сердечника
    		 300 – 75
    S () – GFRP 1800 300 4 75
    S () – GFRP 1800 634 9044 9044
    S () – GFRP 1800 300 8 75
    S () – GFRP 1800 300 104 (4) GFRP 1800300 6 75
    2.2. Свойства материала

    Предел прочности на разрыв и модуль Юнга стеклопластика определяли согласно ASTM D3039 / D 3039M-14 [19]. Прочность, модуль и коэффициент Пуассона стальной плиты, плиты из стеклопластика и сердечника из стеклопластика этой инновационной композитной сэндвич-панели приведены в таблице 3 соответственно. Таким образом, был сделан вывод, что последовательность стали и стеклопластика может обеспечить оптимальную жесткость конструкции и несущую способность полученной многослойной конфигурации.

    904 9044
    Компонент балки (Па) (Па) (Па)3

    9038

    Лицевая панель из стеклопластика 0.15 0,15 0,15 – – –
    Сердечник из стеклопластика 0,18 0,18 0,31 0,31 0,31 – – –
    23. Экспериментальная установка и процедура нагружения

    Испытание на четырехточечный статический изгиб было проведено на инновационных сэндвич-панелях из стали разной толщины или лицевой панели из стеклопластика в соответствии со стандартом ASTM C393-00 [17]. Эксперименты в основном оценивали жесткость на изгиб и предел прочности при изгибе сэндвич-панелей различной конфигурации. В экспериментах в этом исследовании использовалась универсальная испытательная машина для приложения статических нагрузок на основе экспериментального метода для определения характеристик изгиба многослойной конструкции.Схематическая иллюстрация и установка загрузки, использованные в экспериментах, показаны на рисунках 2 и 3 соответственно.



    Образцы в испытаниях на изгиб были названы в соответствии с двумя частями, например, S () – GFRP и F () – GFRP, где первая часть с S (или F) означает, что материал лицевой панели была сталь (или GFRP), число представляет толщину слоя в мм, а вторая часть GFRP представляет материал сердечника.

    Нагрузка была приложена на расстоянии 250 мм от середины пролета через распределительную панель с использованием универсальной испытательной машины 200 кН со скоростью нагружения 1 кН / мин.Перед каждым испытанием нагружающие штифты устанавливались так, чтобы они почти касались верхней поверхности композитного многослойного образца. Приложенная нагрузка, смещение и деформации регистрировались с помощью регистратора данных, линейного переменного дифференциального преобразователя (LVDT, производства Mitutoyo Corporation, с точностью 25 микрометров) и тензодатчиков (MM CEA-06-1250UW-350). Механизмы отказов также отслеживались и регистрировались.

    3. Результаты экспериментов и обсуждение
    3.1. Поведение при отказе

    Экспериментальное исследование показало, что сэндвич-панели с разной облицовкой проявляют разное поведение при отказе.Эти различные виды отказов показаны на рисунках 4–9. Эти результаты испытаний показали, что благодаря поддержке лицевой панели из стали или стеклопластика панели показали лучшую жесткость и несущие способности. Сворачивания лицевой панели не произошло. В то же время удалось избежать локального разрушения сердечника трубы из стеклопластика в районе точки нагружения.

    Образец SF имел низкую жесткость, так как у него не было верхнего или нижнего лицевого листа. По мере увеличения нагрузки прогиб также быстро увеличивался. Когда нагрузка была увеличена до 94 кН, трубка из стеклопластика внезапно издала рвущийся звук, и на полотне под точками нагрузки были отмечены трещины.При продолжающейся загрузке на полотне между точками загрузки появились трещины, как показано на рисунке 4 (а), и был слышен значительный треск из стеклопластика, а также трещины появились на лицевой панели между точками загрузки, как показано на рисунке 4. (б); эти трещины распространяются на обе стороны образца, как показано на рисунке 4 (с). При сохранении нагрузки нагрузка оставалась стабильной, в то время как прогиб быстро увеличивался.

    Верхняя и нижняя грани образца S () – GFRP представляли собой стальные пластины толщиной 4 мм. По мере увеличения нагрузки прогиб постепенно увеличивался без других значительных явлений.Когда нагрузка увеличилась до 104 кН, раздался «щелкающий» звук. После увеличения нагрузки до 128 кН стальная пластина верхнего лицевого листа между точками нагружения отслоилась от композитной квадратной трубы, как показано на рисунке 5 (а). Продолжая загрузку, был слышен непрерывный звук разрыва, и возник разрыв разрыва в месте пересечения перемычки между точками загрузки и верхней и нижней лицевыми листами, как показано на Рисунке 5 (b).

    Толщина верхнего и нижнего стальных лицевых панелей образца S () – GFRP составляла 6 мм.На начальном этапе нагружения не было отмечено каких-либо значительных явлений. При увеличении нагрузки до 132 кН раздавались «щелчки». По мере увеличения нагрузки звуки можно было слышать непрерывно. Когда раздался внезапный громкий звук, полотно отслоилось от нижнего лицевого листа, как показано на Рисунке 6 (а). Полотно на другой стороне также отслоилось от нижнего лицевого листа. При сохранении нагрузки это явление стало более значительным, как показано на рисунке 6 (б), и образец разрушился.

    Толщина верхнего и нижнего стальных листов образца S () – GFRP составляла 8 мм.Поскольку стальная пластина была толще по сравнению с предыдущими испытаниями, этот образец имел высокую жесткость. Во время загрузки были слышны небольшие звуки. Однако не было обнаружено никаких значительных или аномальных явлений. Когда нагрузка увеличилась до 148 кН, образец издал небольшой щелкающий звук. При непрерывной загрузке были слышны небольшие звуки, но видимых трещин не было. Когда нагрузка составляла 152 кН, был слышен громкий звук разрыва, и одновременно нагрузка быстро снизилась до 85 кН.Образец отслоился от нижнего лицевого листа, как показано на Рисунке 7 (а). При сохранении нагрузки полотно на другой стороне образца также отслоилось от нижнего лицевого листа, как показано на Рисунке 7 (b).

    Толщина верхнего и нижнего стальных лицевых панелей образца S () – GFRP составляла 10 мм. По мере увеличения нагрузки смещение медленно увеличивалось. При нагрузке 189 кН образец издавал небольшой звук. При увеличении нагрузки можно было слышать непрерывные «щелкающие» звуки. При увеличении нагрузки до 204 кН был слышен значительный рвущий звук.В это время появились трещины в местах пересечения перегородки и верхнего лицевого листа, и по мере увеличения нагрузки трещины расширялись в направлении волокон, как показано на рисунке 8 (а). В это время также появились горизонтальные трещины в местах пересечения перегородки с другой стороны и лицевых листов, как показано на Рисунке 8 (b). При увеличении нагрузки до 212 кН раздался громкий звук, и нагрузка уменьшилась до 76 кН; в это время сломалось среднее ребро образца, как показано на Рисунке 8 (c), что указывает на то, что образец вышел из строя.

    Верхний и нижний слои образца F () – GFRP были пластинами GFRP 6 мм. По мере увеличения нагрузки от образца можно было услышать небольшие звуки. При наблюдении невооруженным глазом не было обнаружено никаких аномальных явлений. Когда нагрузка была увеличена до 180 кН, были слышны трескающие звуки, но никаких аномальных явлений не наблюдалось. Когда нагрузка была увеличена до 187 кН, можно было услышать еще один значительный треск; Затем были обнаружены трещины в местах пересечения полотна и верхнего лицевого листа, как показано на Рисунке 9 (а).При сохранении нагрузки на стыке полотна и нижней грани листа также появились трещины, которые распространились по горизонтали. Когда нагрузка была увеличена до 191 кН, был слышен сильный звук, и было обнаружено, что среднее ребро образца сломано, как показано на рисунке 9 (b); загрузка в это время была остановлена.

    3.2. Влияние толщины стали на свойства панели при изгибе

    Анализ кривой нагрузки-прогиба на Рисунке 10 показывает, что образцы демонстрировали хорошее соответствие до разрушения.По мере увеличения толщины лицевых панелей прогиб в середине пролета постепенно уменьшался, и уменьшение объема стало более очевидным по мере увеличения толщины лицевых панелей. При увеличении толщины лицевой панели с 4 до 10 мм с шагом 2 мм смещения в середине пролета уменьшаются на 8,4%, 15,4% и 11,5% соответственно. Предельная нагрузка образцов также увеличивалась при увеличении толщины лицевых листов. Образец F () – GFRP имел большую жесткость, чем S (0) -GFRP, но его жесткость была намного меньше по сравнению с образцом со стальным лицевым покрытием.Нарушение адгезии произошло на лицевом листе и многослойном сердечнике для образцов S () – GFRP, S () – GFRP и S () – GFRP. Этот тип отказа произошел внезапно, чего следует избегать в реальных конструкциях.


    Как показано на Рисунке 11, сэндвич-панель без лицевой панели показала плохую пластичность, и кривая была почти линейной. По мере увеличения толщины стальных облицовочных листов деформация в середине пролета уменьшалась. Он показал, что деформации верхнего и нижнего стальных облицовочных листов были равномерно распределены при умеренных нагрузках, а жесткость системы использовалась полностью.В целом деформации в верхнем и нижнем симметричных положениях нейтральной оси были одинаковыми. Кроме того, на ранней стадии нагружения во всех образцах наблюдали упругое поведение распределения деформации.


    4. Теоретический анализ

    В этом исследовании использовалась теория многослойной балки и теория преобразованного сечения в сочетании с методом механики материалов, чтобы вывести формулу для напряжения и прогиба в середине пролета многослойной панели. И стали, и стеклопластиковые материалы считаются идеальными эластомерами.Переход между разными материалами является непрерывным, а проскальзыванием между интерфейсами пренебрегают.

    4.1. Теория трансформированного сечения

    Сэндвич-панели, состоящие из стали и композитных материалов, могут быть преобразованы в сечения из того же материала. Для блока стального лицевого листа и секции сердечника из стеклопластика предполагается, что площадь равна, модуль упругости равен и существует деформация под действием напряжения. Затем, основываясь на эквивалентном условии, что деформация одинакова, а общая сила постоянна, можно использовать блок стального лицевого листа для описания модуля упругости, напряжения и эквивалентной преобразованной площади сечения сердечника.Схема секции панели показана на рисунке 12, где и описывают толщину стального листа и сердечника из стеклопластика соответственно; и цифра 1 указывает на стальную поверхность, а цифра 2 указывает на сердечник из стеклопластика.


    На примере стального лицевого листа, поскольку деформации одинаковы, предполагается, что коэффициент представляет собой отношение модуля упругости сердечника к модулю упругости стального листа; таким образом,

    Исходя из условия, что общая сила постоянна, можно вывести, что

    В процессе преобразования секции требуется, чтобы центр тяжести секции оставался неизменным до и после преобразования; следовательно, толщина стального листа должна оставаться неизменной, и, таким образом, преобразование площади равно преобразованию ширины (т.е.e., преобразуется в):

    Теперь можно получить преобразованную ширину. Затем, основываясь на преобразованном сечении (рисунок 12), можно рассчитать момент инерции для преобразованного сечения из стеклопластика, как показано на рисунке 13.


    4.2. Анализ напряжений

    На основе распределения деформации, как показано на рисунке 11, предположение о плоском сечении применимо для ранней стадии нагружения. Полное сечение остается плоским, пока образец не достигнет предельных условий.

    Комбинируя каждый слой в целом, деформацию можно выразить следующим образом: где – радиус кривой прогиба, а – расстояние от любой точки до нейтрали. Напряжение стального лицевого листа и сердечника из стеклопластика может быть выражено как где и – модуль упругости лицевого листа и сердечника, соответственно. Изгибающий момент в поперечном сечении балки получается равным

    . Заменить (4) и (5) в (6) и упростить, где интегральные площади и и и – толщины стального листа и сердечника из стеклопластика соответственно; – ширина луча; и – момент инерции лицевой панели и сердечника соответственно.

    Подставьте (7) в (5), и тогда напряжения для стального лицевого листа и материала сердечника должны быть соответственно

    Упростите формулу, а затем где – эквивалентный момент инерции поперечного сечения.

    Для решения межслойной сдвигающей силы сначала решается дифференциальное уравнение равновесия балочного блока:

    Если поперечная сила между лицевой панелью и сердечником должна быть решена, ее следует включить в дифференциальное уравнение равновесия, чтобы получить интегральная форма:

    Сила сдвига лицевой панели и сердечника решается как и где и представляет собой статические моменты области преобразованного сечения ниже расчетной точки к нейтральной оси.

    Напряжение изгиба рассчитывается на основе (10), а сила сдвига изгиба между слоями рассчитывается на основе (13). Используя образец S () – GFRP в качестве примера, внешняя нагрузка 60 кН используется для анализа в этом исследовании, потому что эта теория верна только в линейном диапазоне упругости, а пластичность часто отображается в пределах разрушения многослойной балки. На основе расчетов распределение изгибающего напряжения и усилия сдвига секции многослойной балки показано на рисунке 14.В таблице 4 сравниваются прогнозируемые максимальные растягивающие и сжимающие напряжения с экспериментальными результатами, которые были связаны с деформацией различных компонентов под нагрузкой 60 кН. Напряжения на краю растягивающей и сжимающей области сэндвич-панелей могут быть рассчитаны, а максимальное напряжение растяжения и сжатия может быть получено из значения гомологической деформации, измеренного в эксперименте. Результат расчетов показывает примерное согласие с экспериментальными значениями. Относительная погрешность между экспериментальными и аналитическими результатами для образцов со стальной лицевой панелью и сердечником из стеклопластика не более 7.83%. Максимальная относительная ошибка составляет 10,64%, что имело место в образце S (0) -GFRP.

    (МПа) 9044% Прогнозируемое напряжение728 904 GF 443 904 .895 9044 9044 9044 9044 9044 9044 9044 рассчитывается по следующей формуле: (результат прогнозируемого напряжения – экспериментальное напряжение) / экспериментальное напряжение.
    Образец ⁢Экспериментальная деформация ( ε ) ⁢Экспериментальное напряжение (МПа) ⁢Прогнозируемое напряжение
    (МПа) 9044% На растяжение На сжатие На растяжение На сжатие На растяжение На сжатие На растяжение На сжатие
    40,596 36,85 36,85 10,64 10,16
    F () – GFRP 1462 1448 32438 9038 35,3804 35,3804
    S () – GFRP 345 351 67,275 68,445 63,73 63,73 5,56 7,39
    53,625 49,73 49,73 2,34 7,83
    S () – GFRP 211 217 41,1454 9044 9044 217 41,1454
    S () – GFRP 167 171 32,565 33,345 32,11 32,11 1,41 3,84
    4.3. Анализ прогиба

    При расчете прогиба панелей следует учитывать эффекты деформации сдвига, поскольку модуль сдвига полого сердечника невелик. Используя теорию деформации сдвига первого порядка, прогиб панелей в середине пролета равен где – расстояние от точки нагрузки до упора; – расстояние между опорами балки; это нагрузка; и – жесткость при изгибе, которая может быть получена из эквивалентного момента инерции с использованием метода преобразованного сечения, умноженного на модуль упругости сердечника из стеклопластика; жесткость на сдвиг.

    На основе теории сдвигового смещения классической сэндвич-панели и с учетом реальных условий образцов в этом исследовании, как показано на рисунке 15, смещение при сдвиге можно рассчитать на основе геометрического соотношения [20].


    Как видно на рисунке 15, прямая линия становится кривой из-за смещения сдвига, а точка генерирует соответствующее смещение. Расстояние можно рассчитать: таким образом,

    Предполагается, что сердечник заменен антиплоским материалом сердечника, модуль сдвига которого равен, а модуль упругости равен.Горизонтальное смещение должно быть выражено как

    . Эквивалентный модуль сдвига сердечника может быть получен как [6]

    Эквивалентная сдвиговая жесткость сэндвич-панели может быть аппроксимирована следующим образом: где – сумма толщины сердечника и толщины. одного лицевого листа; толщина сердечника; толщина лицевой панели; ширина сэндвич-балки; – площадь поперечного сечения; и – модуль сдвига. Для проверки правильности метода расчета прогиба на рисунках 17 и 18 показано сравнение экспериментальных и аналитических результатов для образцов S () – GFRP и S () – GFRP под нагрузкой 60 кН.

    5. Моделирование методом МКЭ
    5.1. Моделирование и проверка методом конечных элементов

    Модель конечных элементов была усовершенствована для прогнозирования механических характеристик сэндвича с использованием коммерческой программы ANSYS ™ . Модели сэндвич-панелей с разной толщиной облицовки были смоделированы с помощью линейного трехмерного анализа методом конечных элементов. Четырехузловые элементы SHELL 181 использовались для моделирования обшивки, а восьмиузловые элементы SOLID 185 использовались для моделирования активной зоны. Всего было использовано 8100 элементов SHELL 181, так как верхняя и нижняя стальные облицовочные листы были разделены на 4050 элементов соответственно.В то же время для моделирования ядра GFRP было использовано 16740 элементов SOLID 185. Каждый материал имел свойство пластинки с продольным модулем упругости в направлении (), поперечным модулем упругости (), модулем упругости в направлении глубины (), модулем жесткости при сдвиге () и коэффициентом Пуассона (). Приложенная нагрузка была приложена в виде четырехточечного изгиба в соответствии с экспериментальной установкой. Решение было получено посредством серии приращений нагрузки. Затем смоделированные результаты сравнивались с экспериментальными и теоретическими значениями.На рисунке 16 показана конечно-элементная модель многослойной панели из стального лицевого листа с сердечником из стеклопластика.



    На основании таблицы 5 КЭ и экспериментальные результаты показали хорошее согласие. Из-за недостатков образцов в эксперименте и других неопределенных факторов, значения прогиба в середине пролета, полученные экспериментально, были меньше, чем теоретически рассчитанные значения, которые были консервативными; это правдоподобно для структурных проектов. Под действием нагрузки, приложенной в экспериментах, все материалы находились в своей области упругой деформации, и было обнаружено, что тенденции развития кривой нагрузка-смещение для трех образцов в целом совпадают.Эти результаты предполагают, что модель FE может быть использована в качестве подхода к проектированию для оценки характеристик изгиба сэндвич-панелей.

    8% )
    Серийный номер образца ⁢Предельная прочность на изгиб (кН) ⁢Предельное смещение (мм)
    Экспериментальное значение Относительная погрешность Результаты по конечным элементам Экспериментальное значение Относительная погрешность (%)
    S () – GFRP 91 104 −12.5 17,82 19,87 −10,3
    F () – GFRP 169 184 −8,1 14,1 15,13114 128 −10,9 6,53 7,13 −8,5
    S () – GFRP 129 140 −7,8 5,4 −7,8 5,4
    S () – GFRP 171 164 4.3 4,27 4,41 −3,2
    S () – GFRP 197 212 −7,1 3,02 3,5 944 9044 9044 9044 9044
    Примечание: относительная погрешность рассчитывается по следующей формуле: (результаты метода конечных элементов – экспериментальные результаты) / экспериментальные значения.

    При одинаковой нагрузке (60 кН), используя образцы S () – GFRP и S () – GFRP в качестве примеров для проверки точности метода преобразованного сечения, была исследована стадия упругости каждого образца.Сравнение экспериментальных, теоретических и смоделированных значений смещения среднего пролета показано на рисунках 17 и 18. Сравнение численных результатов и результатов анализа с экспериментальными данными показывает, что метод достаточно точен и является полезным вспомогательным средством для научно-исследовательская работа, проектирование и испытания.

    5.2. Параметрический анализ

    Моделирование методом конечных элементов композитного сердечника стального лицевого листа, четырехточечного изгибного напряжения конструкции сэндвич-панели, демонстрирует хорошую точность.Поэтому модель бесконечных элементов ANSYS используется для моделирования большего количества параметров гибкости конструкции, чтобы уменьшить недостаток дополнительных образцов, который не подходит для расширенного анализа.

    Подтвержденный подход к моделированию был затем использован для исследования поведения изгиба многослойных балок с различной толщиной стального лицевого листа. Предполагается, что общая высота стальной облицованной композитной сэндвич-панели конструкции составляет 95 мм; толщина лицевой панели для моделирования установлена ​​равной 0, 1.5, 3, 4,5, 6, 7,5, 9, 10,5 и 12 мм, а нагрузка остается равной 60 кН. Прогиб и напряжение в середине пролета изменялись по мере увеличения толщины облицовки, как показано на рисунках 19 и 20. Как прогиб в середине пролета, так и напряжение уменьшались с увеличением толщины облицовки. Прогиб в середине пролета образца уменьшился на 5,5, 3,7, 3,1, 0,7, 1,3, 0,4, 0,6 и 0,2 мм, когда толщина лицевого листа увеличилась на 1,5 мм с 0 до 12 мм; при этом напряжение в середине пролета уменьшилось на 28.8, 17.9, 16.9, 6.6, 6.5, 4.1, 5.8 и 1.6 мм. Когда толщина лицевого листа изменяется от 0 до 4,5 мм, скорость, с которой уменьшается прогиб в середине пролета многослойной балки, является большой; и наоборот, когда толщина лицевого листа увеличивается выше 4,5 мм, скорость уменьшения менее значительна. Это также верно для нормального напряжения панели среднего пролета. Поэтому для многослойной балки общей высотой 95 мм наиболее эффективно использовать лицевую пластину толщиной 4,5 мм.



    6.Выводы

    В этом исследовании была представлена ​​инновационная сэндвич-панель из стали и стеклопластика. Были проведены эксперименты для изучения влияния облицовочных листов из стали и стеклопластика на общие характеристики конструкции при изгибе. КЭ моделирование использовалось для параметрического анализа эффективности материала и получения оптимального решения для толщины стального лицевого листа. Из этой работы можно сделать следующие выводы: (1) адгезия между стальным лицевым листом и сердечником из стеклопластика показала удовлетворительные механические характеристики.Использование стального лицевого листа предназначено для защиты сердечника трубы из стеклопластика и обеспечения хорошей жесткости на изгиб. (2) Увеличение толщины стального лицевого листа может значительно увеличить жесткость на изгиб и предельную нагрузку многослойных балок. Жесткость на изгиб, по-видимому, улучшается, а смещение в середине пролета уменьшается по мере увеличения толщины облицовки. Когда толщина лицевой панели увеличивается с 4 до 10 мм с шагом 2 мм, смещения в середине пролета уменьшаются на 8,4%, 15,4% и 11.5%, соответственно. (3) Метод трансформированного сечения используется для теоретического расчета сэндвич-панели, а метод механики материалов используется для вывода расчетной формулы для среднего прогиба; Показано, что теоретические и экспериментальные значения согласуются. (4) Подход КЭ-моделирования, основанный на свойствах материала и режимах разрушения, полученных в результате экспериментальных исследований, может оценить характеристики изгиба сэндвич-панелей из стали-стеклопластика. Результаты моделирования бесконечного элемента и теоретическое значение почти одинаковы, а результат бесконечного элемента незначительно меньше экспериментального значения, что вызвано недостатком образцов и другими неопределенными факторами.Лицевая панель толщиной 4,5 мм подходит для многослойной балки с общей высотой 95 мм.

    Конкурирующие интересы

    Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.

    Благодарности

    Описанное здесь исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая (гранты № 51238003 и 51578285).

    Оперативное определение механических свойств промышленных многослойных полипропиленовых труб

    Реферат

    Предлагается простой и быстрый метод определения механических свойств промышленных многослойных экструзионных полипропиленовых труб для гравитационной канализационной сети.Инженерные формулы, используемые для расчета допустимой толщины и относительного положения пенопласта в трубах, основаны на линейно-упругом приближении и правилах смесей. Применимость аппроксимации была подтверждена экспериментально при исследовании эффективных характеристик растяжения однослойных и многослойных труб и каждого слоя образца с использованием традиционных испытаний и расчетов методом конечных элементов. На основании полученных результатов сформулированы инженерные рекомендации для проведения такого рода расчетов.

    Ключевые слова: полипропиленовые трубы, многослойные трубы, предел прочности, экспериментальные испытания, КЭ анализ

    1. Введение

    Полипропиленовые (ПП) полимеры имеют ряд преимуществ перед другими термопластами (полистиролом и полиэтиленом). ПП можно использовать при повышенных рабочих температурах; он имеет хорошую жесткость и ударопрочность, отличную химическую стойкость и длительный срок службы [1,2,3]. ПП трубы занимают видное место в списке конструктивных элементов, производимых промышленным способом.По оценкам, до 10% из 53 миллионов тонн общего потребляемого ПП было использовано в виде труб в мире в 2015 году [4]. Преимущества труб из полипропилена, способствующие завоеванию рынка, включают простые методы их обработки и монтажа, невысокую стоимость, простоту утилизации и приемлемый индекс влияния на индекс устойчивости. Продукция из полипропилена пользуется всеобщим спросом по сравнению со многими другими полимерами [5,6], а композиты из полипропилена также используются для армирования стальных труб [7,8].

    В производстве полипропиленовых труб наблюдается тенденция к замене сплошных однослойных труб на многослойные [9,10], у которых внешний и внутренний слои изготовлены из высокопрочного полипропилена, а промежуточный слой (сердцевина) – из полипропилена. мыло.

    Термопластические пенопласты имеют ячеистую структуру, создаваемую вспенивающим агентом (обычно газовой фазой), диспергированным в расплаве полимера. Благодаря повышенному соотношению жесткости к весу пенопласты сокращают количество используемого полипропилена и, соответственно, снижают стоимость готовой продукции.Попытки улучшить вспенивание путем модификации или разработки новых смол PP, а также улучшить процессы экструзии, ведущие к лучшим свойствам материала, описаны в [1,11,12,13,14,15,16].

    Защита соединений и кабелей является важным элементом в различных приложениях, например, в промышленных машинах, роботах, рельсовых транспортных средствах, автомобилях, кранах, авиации, электронике и электротехнике. Изделия, используемые для этой защиты, должны быть простыми по конструкции и сборке, а также надежными в эксплуатации.Для производства гофрированных обсадных труб и аксессуаров используются материалы с высокой механической прочностью и химической стойкостью, в том числе полиамиды PA6 и PA12, полиэтилен (PE), PP, термопластичный полиэстер (TPE) и термопластичный полиуретан (PUR). Преимущества полипропилена и полиуретана как импульсных матриц ламинатов продемонстрированы в [17,18].

    Трубопроводы и шланги закрепляются фитингами, которые должны иметь небольшой радиус изгиба. Кроме того, они должны выдерживать нагрузки от 90 до 850 Н на каждые 100 м длины и способность работать в диапазоне температур от −50 до +150 ° C.В манипуляторах, робототехнике, автоматике и движущихся машинах используются многоточечные сборки трубопроводов с различными крышками, соединениями, зажимными элементами, поворотными ручками и кабельными вводами. Они могут быть установлены на базах роботов и манипуляторов и должны иметь возможность вращения, шарнирного сочленения и автоматической регулировки длины с помощью пружин.

    В промышленных приводных системах машин и устройств пневматические системы широко используются в качестве ключевых элементов автоматизации производственных процессов.Пневматические системы в настоящее время являются наиболее экологичной и экономичной средой для промышленности, но они используются в менее требовательных процессах. Сложность конструкции и разнообразие применений пневматических систем в основном объясняются преимуществами сжатого воздуха, который позволяет создавать значительные силы, а также большим ассортиментом клапанов [19,20,21] и пневматических компонентов. В промышленности пневматические установки для распределения сжатого воздуха обычно изготавливаются из полипропилена PP-R или полипропилена PP-R с внешним алюминиевым слоем и крепежными деталями, соединенными сваркой с термостойкостью до 60 ° C и максимальным давлением 20 бар.

    Гладкостенные трубы из полипропилена широко используются в самотечных канализационных системах и сетях. Хотя трубы составляют лишь ~ 4% от общей стоимости строительства трубопроводной системы, они являются важным элементом системы [22,23]. Трубы подвергаются сложным нагрузкам, в первую очередь механическим напряжениям, вызванным статическими нагрузками на грунт, и динамическими транспортными нагрузками [24,25,26]. Гарантия качества труб может противоречить финансовым соображениям. Попытки снизить стоимость производства (часто без информирования потребителя) за счет чрезмерного использования неорганических наполнителей и переработанных пластиков неизвестного происхождения [6] иллюстрируют серьезность противоречия.Большое количество конкурирующих производителей, замена традиционных поливинилхлорида и полиэтилена на ПП [4], широкий спектр используемого сырья и разнообразие производимых труб – объективные рыночные тенденции, которые позволяют сделать оптимальный выбор свойств и дизайна. труб сложно.

    Типичный пример – выбор между «дорогой» однослойной трубой из плотного материала и «дешевой» многослойной трубой с легким пенопластом. Производители и потребители в равной степени сталкиваются с этим выбором при ограниченном бюджете.Обе трубы имеют одинаковый внешний и внутренний материал. Это позволяет обеспечить одинаковые свойства кольцевой жесткости и гибкости и формально соответствовать одним и тем же стандартам (номинальный класс кольцевой жесткости труб (SN)). В свою очередь, испытания на растяжение, результаты которых традиционно используются для контроля качества материала, могут быть очень чувствительны к изменениям в составе и геометрии слоев труб.

    Желание оптимизировать этот выбор дало толчок к развитию концепции данного исследования.Эта концепция включает сравнительное исследование двух упомянутых типов труб, различающихся по цене, от одного производителя. Будут выполнены испытания на изгиб и растяжение образцов на полную толщину, анализ с использованием метода конечных элементов (МКЭ) и сопоставление результатов с общеизвестными данными. Инженерно-аналитические оценки геометрии слоев многослойной трубы будут предложены исходя из требуемых эффективных характеристик трубы с учетом характеристик ее слоев.Реализация концепции позволит достичь следующей цели: разработать быстрый и простой метод определения механических свойств промышленных многослойных экструзионных труб в зависимости от геометрии и свойств их слоев и наоборот.

    2. Материалы и методы

    2.1. Материалы и изготовление образцов

    В работе рассмотрены три типа гладкостенных полипропиленовых труб для самотечной канализационной сети номинального класса кольцевой жесткости труб СН8. Трубы были произведены SIA EVOPIPES, Елгава, Латвия (их соответствующая заявленная кольцевая жесткость должна быть ≥8 кН / м 2 ).

    Были испытаны два типа труб, а именно:

    • RIGID MONO PP однослойная монолитная труба (обозначаемая как PPS), изготовленная из полипропиленового материала с однородным модулем упругости при изгибе;

    • Трубы RIGID MULTI PP (обозначаемые как PPM), произведенные по трехслойной технологии. Трубы имели внешний ( и ) и внутренний ( и ) слои из полипропилена с высоким модулем упругости при изгибе. Промежуточный ( м ) слой был выполнен из пенопласта ПП.

    Для испытаний на слое м трубы PPM использовалась RIGID MULTI PP труба большего диаметра и, соответственно, большей толщины каждого слоя, обозначенная как 3PPM. Его диаметр составлял 315 мм, а толщина – 11,5 ± 0,3 мм. Характеристики тестируемых труб указаны в.

    Таблица 1

    Обозначение Диаметр
    D (мм)    		 Заявленная стенка
    Толщина
    e мин (мм)    		 Измеренная стенка12
    мм
    мм
    PPS 110 3.8 4,02 ± 0,06
    PPM 110 3,8 4,25 ± 0,07

    Трубы PPS и PPM () распиливали на куски длиной L ≈ 153 мм и обрабатывали наждачной бумагой . Их использовали для определения кольцевой жесткости, гибкости, модуля и плотности.

    Для испытаний на растяжение использовалось пять секторов, и пять полос были вырезаны из поставляемых труб PPS и PPM вдоль оси трубы согласно [27].Образцы для испытаний были изготовлены с помощью штампа из труб ППС и ППМ. Также из трубы 3ППМ было вырезано несколько образцов ().

    Изготовление образцов для испытаний на растяжение из труб: ( а ) технология вырезания образцов из труб; ( b ) геометрия испытанных образцов.

    Размеры подготовленных образцов для испытаний на растяжение типа гантели были следующими: общая длина 115 мм, длина узкой части с параллельными сторонами 40 мм, ширина 5,7 мм. Для определения свойств слоя м были изготовлены образцы для испытаний на растяжение путем шлифования внешнего и внутреннего твердых слоев образцов 3PPM гантельного типа (такой образец, изготовленный из тонких труб PPM со слоем пенопласта толщиной 2 мм, был невозможно).Эти образцы имели следующие размеры: общая длина 115 мм, длина узкой параллельной стороны 40 мм, ширина 4,97 ± 0,02 мм, толщина 6,4 ± 0,5 мм. Кубовидные образцы были распилены и отшлифованы для определения плотности вспененного слоя образцов PPM и 3PPM.

    2.2. Механические испытания и определение плотности

    В соответствии с концепцией сравнительного исследования двух труб одного производителя, при проведении испытаний на кольцевую жесткость и гибкость и на растяжение использовались более простые и быстрые тесты кольцевой жесткости и растяжения.Первое испытание заложило основу для классификации канализационных труб в соответствии с международными и европейскими стандартами – их класс SN должен был быть определен или подтвержден. Это напрямую зависело от модуля трубы в используемой схеме нагружения. Второе испытание (растяжение) позволило нам получить информацию о свойствах материала трубы (модуль упругости, предел прочности и т. Д.).

    Испытания кольцевой жесткости и гибкости проводились согласно [28,29] соответственно, при 16–20 ° C на механической испытательной машине Zwick Z100TEW (ZwickRoell, Вроцлав, Польша) со скоростью ползуна 12.5 мм / мин (а). Прогибы образцов были обнаружены по перемещению захвата. Для каждого типа полипропиленовых труб было испытано шесть образцов, вырезанных из двух отрезков труб. Перед испытанием образцы выдерживали при температуре 14–20 ° С более 40 ч. При испытаниях кольцевые образцы нагружали до тех пор, пока не был достигнут прогиб не менее 30% или пока не произошло их разрушение.

    Испытания образцов: ( а ) начальный этап испытания кольцевой жесткости и гибкости образца ПФС; ( b ) испытание на растяжение образца PPS.

    Испытания на растяжение образцов толщиной 4,02 и 4,25 мм, изготовленных из труб PPS и PPM, соответственно, были проведены в соответствии с ISO 6259-1 и 6259-3 при температуре 19–21 ° C на механической испытательной машине Zwick 2.5 с скорость траверсы 100 мм / мин (б). Такая же скорость была использована для образцов толщиной 11,5 и 7,25 мм, изготовленных из трубы 3ППМ и ее промежуточного вспененного слоя соответственно (см. Б). Удлинение образцов для испытаний определяли по перемещению зажима. Перед испытаниями образцы выдерживали при 17–21 ° С более 40 ч.

    Плотность ρ была определена как отношение веса м к объему V отрезка трубы / укладчика с известной геометрией. Таким образом, плотность слоя м (пена ПП) ρm была определена по образцам кубовидной формы, вырезанным из слоев труб ППМ и 3ППМ. Эти плотности использовались для линейной интерполяции неизвестных характеристик растяжения м -слоя PPM.

    3. Подходы к проблеме и численное моделирование

    3.1. Допущения

    Сочетание высокой жесткости и хорошей ударной вязкости обусловлено высококристаллической структурой полипропилена, обеспечивающей жесткость и хорошо распределенную эластичную фазу, которая отвечает за ударную вязкость трубы [30,31] . В процессах деформации взаимно однозначная связь между напряжениями и деформациями наблюдается только при малых деформациях. Когда растягивающее напряжение σ достигает определенного предельного значения σ0, называемого пределом текучести при растяжении, возникают пластические деформации.Критерий пластичности имеет вид:

    В случае чистого сдвига критерием пластичности касательного напряжения τ является

    где k – предел текучести при чистом сдвиге.

    Мы предполагаем, что существует скалярная функция f , определенная на наборе тензоров T2S, называемая функцией потока, и условие текучести имеет вид:

    Для изотропных твердых тел f является функцией двух IIS. и IIIS девиатора напряжения S :

    Пластификация пластичных материалов может быть описана с использованием критерия максимальной энергии сдвига – критерия Хубера-фон Мизеса-Хенки [32].

    Согласно этому критерию пластический переход материала определяется уровнем энергии сдвига. Этот критерий можно записать в виде:

    (σI − σII) 2+ (σII − σIII) 2+ (σIII − σI) 2 = 2σ02

    (5)

    где σI, σII и σIII – главные напряжения.

    При εp в качестве пластической деформации, k в качестве функции в зависимости от напряженно-деформированного состояния и T в качестве температуры критерий текучести имеет вид:

    Вектор напряжений определяется как

    P = limΔS → 0ΔPΔS = dPdS

    (7)

    где Δ S – элемент площади.

    Смещение u состоит из трех составляющих:

    которые являются функциями координат и времени:

    Тензор деформации Эйлера выражается как

    eij = 0,5 (uij + uji − umi⋅umj)

    (10)

    Тензор eij = 0,5 (uij + uji) называется тензором малых деформаций. Определим интенсивность деформаций как

    Гипотезу о компоненте функции F на границе области, соответствующей упругому состоянию, можно записать в виде

    где σij и εijp – компоненты тензоров напряжений и пластических деформаций соответственно, а k – функционал, зависящий от напряженно-деформированного состояния.

    Для определения функции F из уравнения (12) используется критерий Хубера-фон Мизеса-Хенки, в котором переход в пластическое состояние определяется энергией деформации материала, т. Е. Вторым инвариантом девиатора напряжения. Таким образом, мы имеем

    F = J2S − 13Y2 = 13Sij · Sji − 13Y2

    (13)

    где J2S и Sij – инвариант и девиатор тензора напряжений соответственно; Y – модельная функция Джонсона – Кука (JC), определяемая как

    Y = [A + B (εp) n] · (1 + Clnε˙ * p) · [1− (T *) m]

    (14)

    Здесь A , B , C , n, и m – материальные константы; ε˙ * p и T * – нормированные изменения интенсивности деформаций по скорости пластической деформации и температуре.

    3.2. Численные модели

    Численные расчеты были выполнены в программе ABAQUS с использованием явного метода. Модели изготовленных образцов были проанализированы в соответствии с проведенными испытаниями. Ядро пены образца 3PPM было разработано, когда трехмерная модель пены была реконструирована с использованием метода технической микротомографии [33]. Полученные результаты реконструкции сегментированы с использованием локального адаптивного метода пороговой обработки данных. Объем полученной таким образом объемной модели аппроксимируется моделью поверхности (треугольная сетка).Затем сетка треугольников была обработана, чтобы улучшить ее качество, устранить пересечение поверхностей и уменьшить количество треугольников. Подготовленная таким образом поверхностная сетка была преобразована в трехмерную «четырехугольную» сетку, что позволило загрузить ее в программу моделирования методом конечных элементов.

    Пример моделирования показан на a, где труба расположена между двумя жесткими губками. Нижняя губка зафиксирована, но верхняя губка квазистатически сжимает трубу. Аналогичным образом моделировали испытание на растяжение (б).

    Примеры моделирования методом конечных элементов в коде ABAQUS: ( a ) сжатие трубы; ( b ) продолжение образца.

    Для целей моделирования труба и челюсти были смоделированы как четырехтипные и жесткие объекты соответственно. Шаг по времени составлял 0,01 с, а общее время моделирования – 100 с. Использовались элементы типа тетра размером 0,5–2 мм в зависимости от геометрического расположения. Дополнительно накладывалась предельная деформация, соответствующая разрыву структуры.

    Следует отметить, что в данном случае анализируемые образцы с пенопластовой сердцевиной имеют пористую структуру и соответствующую геометрию, которая была импортирована из компьютерной томографии в виде «тетра» сетки, поэтому было решено использовать тетраэлемент (C3D10M). Из-за точной настройки численной модели и применения предельной деформации для всего объема были приняты одни и те же элементы и их размеры. Благодаря этому используемый элемент или его размер не повлияли на прерывность конструкции элемента.

    В соответствии с уравнением (14) конститутивная модель J-C была принята в форме:

    σy = (A + Bεn) · [1 + Cln (ε˙ε˙0)]

    (15)

    в качестве упруго-вязкоупругой модели, где σy – эквивалентное напряжение, ε – эквивалентная пластическая деформация, A – предел текучести материала при стандартных условиях, B – константа деформационного упрочнения, n – коэффициент деформационного упрочнения, C – коэффициент упрочнения скорости деформации, ε˙ – отношение эквивалентной скорости пластической деформации, а ε˙0 – эталонная скорость деформации.

    Модель контакта была основана на соотношении «жесткий» контакт с коэффициентом трения, установленным на 0,1. Граничные условия задавались таким образом, чтобы численная модель максимально точно воспроизводила особенности реального явления.

    Материальные постоянные анализируемых труб обобщены в.

    Таблица 2

    Свойства материала труб.

    8

    Обозначение ρ
    (кг / м 3 )    		 E
    (МПа)    		 v
    (-)    		 5 A B
    (МПа)    		 n
    (-)
    PPS 880 840 0.42 32 30 0,2
    PPM 710 720 0,40 25 26 0,1
    – – –

    4. Результаты испытаний и моделирования

    4.1. Характеристики кольца

    При испытаниях на жесткость и гибкость кольца, диаграммы нагрузки F (радиально приложенная сила F на длину трубы L ) – прогиб Δ y и нагрузка – относительный прогиб Δy (D – e) были получены, где D − e – средний диаметр или диаметр средней стенки.Исходный, практически линейный участок диаграммы (до 3% деформации внутреннего диаметра трубы) может служить для определения жесткости трубы ПС . На практике жесткость трубы определялась как наклон секущей начального участка кривой нагрузка-прогиб:

    Кольцевая жесткость SR, основанная на аналитических расчетах структурной механики [32,34,35], оказалась равной :

    SR = 0,0187 · PS = Ep · e312D2

    (17)

    Соотношение (17) позволяет определить модуль упругости Ep трубы с учетом геометрических параметров образцов труб.Поскольку объявленные классы кольцевой жесткости были одинаковыми, и внешние слои обоих типов труб, которые определяют свойства изгиба, были одинаковыми, ожидалось, что модуль упругости Ep трубы будет нечувствителен к разнице в конструкциях труб из PPS и PPM. . Диаграммы испытаний (см.) Обоих типов труб совпали, как и ожидалось, без каких-либо указаний на изменение структуры труб от однослойного к многослойному. Результаты испытаний колец на гибкость при прогибе до 30% были тривиальными, и ни в одном из типов труб не было трещин, расслоений или разрывов.Более того, испытанные образцы вообще не разрушились. Количественные характеристики (со стандартными отклонениями и относительными стандартными отклонениями (%) в скобках), рассчитанные по диаграммам, указаны в. Также добавляется строка с различиями характеристик (отношения разности значений PPM и PPS к значению PPS). Сумма относительных стандартных отклонений кольцевой жесткости и нагрузки при 30% гибкости PPS и PPM превысила соответствующие относительные изменения. Это не позволило признать изменения ценностей значительными.Только модули труб продемонстрировали небольшую разницу по сравнению с суммой относительных стандартных отклонений. Эти процентные отклонения составили 2,7% для образца PPS и 4,2% для образца PPM. Причина этого различия заключалась в разной толщине и исследованных труб – модуль упругости зависит от и в третьей степени (см. Уравнение (17)).

    Характеристики жесткости и гибкости кольца.

    Таблица 3

    Результаты испытаний кольцевой жесткости и гибкости труб из PPS и PPM с номинальным / внешним диаметром D = 110 мм.

    Обозначение e
    (мм)    		 L
    (мм)    		 S R
    (кН / м 2 ) 5 9125    		 912 (ГПа) F / L
    (кН / м)
    PPS 4,02 ± 0,06 153,50 ± 0,83 8,4 ± 0,3 (3,1) 1.84 ) 7,8 ± 0,2 (2,3)
    частей на миллион 4.25 ± 0,07 153,44 ± 1,05 8,9 ± 0,3 (3,3) 1,66 ± 0,07 (4,2) 7,9 ± 0,1 (1,3)
    Различия, (%) – – 6,0 -10,0 0,4

    Как и ожидалось, мы можем сделать вывод, что испытания на кольцевую жесткость и гибкость двух типов труб подтвердили их заявленный класс SN, не выявили никаких различий и не позволили нам выбрать между «дорогая» однослойная труба из плотного материала и «дешевая» многослойная труба с пеной, как показано на рис.

    4.2. Жесткость и гибкость кольца в численном моделировании

    Численные испытания на сжатие труб из PPS и PPM были выполнены, как описано в разделе 3.2. Условия сжатия были идентичны условиям испытания на жесткость трубы. Полученные результаты представлены в.

    Численный анализ кольцевой жесткости и нагрузки при 30% гибкости исследуемой трубы: ( a , b ) выбранные временные шаги при сжатии образца PPM; ( c , d ) выбранные временные шаги при сжатии выборки PPS.

    Видно, что в тех же заявленных пределах жесткости труба PPS имела более низкую жесткость, чем труба PPM. Объясняется это различиями в их строении. Труба PPM имела многослойную структуру с пенопластом и, следовательно, была более подвержена деформации, как видно из распределения значений напряжений согласно гипотезе Хубера-фон Мизеса. Средняя жесткость трубы PPM составляла приблизительно 9,98 кПа, а жесткость трубы PPS – 8,75 кПа. Эти результаты соответствуют уже известным из литературы данным [36,37].

    4.3. Характеристики растяжения

    Диаграммы растяжения шести образцов PPS и шести образцов PPM, показанные на рисунке, демонстрируют поведение при растяжении, общее для полипропилена [2]. Сначала диаграммы PPS и PPM показали почти линейный рост примерно до 23 и 19 МПа соответственно. Модуль «падает», затем резко уменьшается до нулевого значения. В это время шейка экземпляров распространялась по всей их длине. Перемычка была более выраженной в образце PPS. В результате среднее удлинение при разрыве (деформации разрушения) составило около 112% и 47% для образцов PPS и PPM соответственно (менее 200%, согласно стандарту [38]), но это удлинение сильно различается (см.) .Это обстоятельство помешало нам принять эту характеристику как искомую, чувствительную к изменениям структуры от ПФС к ППМ.

    Кривые напряжение – деформация σ – ε образцов ППС и ППМ.

    Выделим начальные участки двух типичных кривых деформации ПФС и ППМ (). Увеличенный вид разрезов показывает, что для каждого типа трубы кривая заметно различается. Это контрастирует со схемами кольцевого тестирования, обсужденными выше. Разница в наклоне начальных почти линейных участков диаграмм указывает на потенциальную важность модуля упругости при растяжении E для изучения реализации нашей концепции.Поскольку диаграммы обоих типов труб отклоняются от закона Гука (как это обычно бывает для многих пластмасс), E был рассчитан как наклон секущей начального участка кривой напряжения-деформации при изменении деформации 0,3–1,5%. ε .

    Увеличенный вид начального участка кривых растягивающее напряжение – деформация типичных образцов PPS и PPM. Наклонные прямые являются секущими при удлинении 0,3–1,5%, а горизонтальные прямые определяют значение σ max .

    На участке переменной кривизны кривой σ – ε образцы деформировались пластически. Предел прочности при растяжении соответствует максимальным напряжениям в и [39]. Легко обнаруживаемые и стабильные σ max точек на диаграммах также потенциально важны как характеристики, чувствительные к изменениям в структуре композитов.

    Результаты испытаний на растяжение приведены в. Анализируя важные количественные характеристики, рассчитанные по результатам испытаний на растяжение – модуль упругости E и предел прочности σ max , мы пришли к следующим выводам.

    Таблица 4

    Результаты испытаний на растяжение образцов PPS и PPM со стандартными отклонениями абсолютных значений.

    0,75 47,2 ± 9,6
    Параметры e
    (мм)    		 b
    (мм)    		 ρ
    (г / см 3 )    		 5 ε % b E
    (МПа)    		 σ макс.
    (МПа)
    PPS 3.93 ± 0,08 5,70 ± 0,09 0,9 ± 0,01 112,0 ± 47,0 880 ± 0,02 32,3 ± 1,0
    частей на миллион 4,16 ± 0,11 5,7012 ± 0,05 0,05 720 ± 0,01 24,3 ± 0,3
    Различия (%) – – −22,2 −57,7 −18,8 −24,7
    		 −24,7
    характеристики заметно почувствовали разницу между трубными конструкциями.Сумма относительных стандартных отклонений была намного меньше выявленного относительного изменения значений этих характеристик.

    Кроме того, при анализе стандартного отклонения для конкретных параметров было обнаружено, что для деформации при разрыве ее значение составляло 42% для образцов PPS и 20% для образцов PPM. Модуль упругости при растяжении составил 2,3% для образцов PPS и только 1,4% для образцов PPM. Незначительные различия были зарегистрированы и по пределу прочности на разрыв – его значение было 3.1% для образцов PPS и 1,2% для образцов PPM. Несмотря на большую разницу (57,7%) в среднем значении деформации при разрыве, его стандартное отклонение также было довольно высоким, что означает, что его фактическое значение имеет высокую дисперсию (и может зависеть от других факторов, не учитываемых в текущих испытаниях). . Таким образом, данный параметр недостаточно надежен для оптимизации выбора материалов труб и не позволяет различать качество материалов, из которых изготовлены трубы, при проведении испытаний в инженерной практике.

    4.4. Числовые характеристики растяжения

    Численное моделирование растяжения образцов, изготовленных из труб из PPS и PPM, проводилось с использованием программного обеспечения ABAQUS с использованием структурной модели, описанной уравнением (15). Значения материальных констант были взяты в соответствии с, которые отражают результаты, полученные при испытаниях на разрыв (см.).

    Результаты численных экспериментов получены в виде изолиний напряжений на основе гипотезы Хубера – фон Мизеса.Результаты для образцов приведены в.

    Отдельные численные результаты испытаний образцов на растяжение: ( a ) распределение напряжения по Мизесу в образцах PPS; ( b ) распределение напряжения по Мизесу в образцах PPM.

    Полученные результаты показывают, что данные МКЭ немного отличаются, что является следствием предполагаемых идеальных начальных граничных условий. Для образца ППС средний предел прочности на разрыв составил 30,8 МПа (см. А), а для образца ППМ – 26.7 МПа (см. Б). Композиционные материалы являются вязкими [40,41,42], что привело к некоторому разбросу экспериментальных результатов, которые представлены в.

    Сравнение результатов МКЭ и экспериментов по растяжению образцов труб из ППС и ППМ.

    Как видно на фиг., Полученные данные МКЭ являются результатом положительного соответствия подгонки модели материала результатам испытаний на прочность. Уровень соответствия полученных результатов находится в диапазоне хорошего согласования (Δe ≤ 10%) [43].

    4.5. Свойства слоев

    Основываясь на информации производителя, мы предположили, что свойства слоев e и i труб PPM такие же, как у однослойных труб PPS. Таким образом, плотность, модуль упругости и предел прочности образца трубы из PPS () были использованы в качестве соответствующих значений слоев e и i . Средние толщины ee и ei этих слоев трубы PPM были измерены с помощью оптического микроскопа во многих местах различных образцов каждого типа, и было обнаружено, что ee = 1.08 ± 0,10 и ei = 0,81 ± 0,09 мм. Согласно этим данным, соответствующие объемные доли слоев в трубе ППМ составили ve = 0,266 и vi = 0,189. Средняя толщина слоя м трубы ППМ составила em = 2,3 ± 0,2 мм, из чего следует, что vm = 0,54, т. Е.

    При попытке экспериментального определения прочности на растяжение слоя м труб ППМ оказалось, что он слишком тонкий для изготовления образцов типа гантели. Напротив, слой труб 3PPM толщиной м был достаточно толстым для этой цели, хотя имел более крупные пустоты и меньшую плотность, чем слой м PPM, и не мог быть использован для экспериментального определения свойств растяжения. более плотная пена труб ППМ.Поэтому мы предположили, что линейная интерполяция свойств м -слоев может быть использована для аппроксимации неизвестных характеристик труб PPM.

    Рассмотрим модуль упругости при растяжении слоя м как линейно возрастающую функцию плотности пены ρm. Неизвестный модуль упругости при растяжении E1m слоя PPM м будет находиться между двумя известными значениями: E2m и E3m при самой низкой плотности ρ2m и самой высокой плотности ρm, определяемой как ρ3, соответственно. Здесь однородный материал PPS соответствует «пене» с нулевой долей пустот.

    Интерполяционная формула, полученная для расчета модуля упругости м -слоя PPM, имеет следующий вид:

    E1m = E2m + (ρ1m − ρ2m) · E3m − E2mρ3 − ρ2m

    (19)

    где E1m, E2m и E3m – модули растяжения труб PPM, 3PPM и PPS соответственно; ρ1m, ρ2m и ρ3 – плотности труб PPM, 3PPM и PPS соответственно.

    Таким же образом можно интерполировать предел прочности трубы PPM, если заменить E1m везде в уравнении (19) следующим образом:

    σ1mmax = σ2mmax + (ρ1m − ρ2m) · σ3mmax − σ2mmaxρ3 − ρ2m

    (20)

    где σ1mmax – предел прочности трубы PPM, σ2mmax – предел прочности трубы 3PPM, а σ3mmax – предел прочности трубы PPS.

    Таким образом, интерполяционные формулы позволяют любому оценить недостающие данные для слоя пенопласта труб PPM, используя экспериментальные характеристики слоя пенопласта труб 3PPM. Все экспериментальные и интерполированные (без стандартного отклонения) характеристики пены м для труб PPM и 3PPM суммированы в. Эти результаты существенно не отличаются от результатов, полученных другими исследователями [44,45,46].

    Таблица 5

    Экспериментальные и интерполированные свойства пенопласта м для различных труб.

    2251229125 E Модуль упругости при растяжении 902 )34 ± 0,5
    Обозначение Толщина
    e м (мм)    		 Плотность
    ρ м (г / см 3 )    		 МРП
    Предел прочности на разрыв
    σmmax (МПа)
    PPM 2,3 ± 0,2 0,700 ± 0,020 620 (интерполяция) 20,4 (интерполяция)
    0,614 ± 0,004 510 ± 0,03 15,3 ± 0,7

    4,6. Рекомендации по инженерной оценке

    Объекты этого исследования довольно просты – многослойная труба, состоящая из трех изотропных слоев, где промежуточный слой пенопласта более податлив, чем внутренний и внешний слои. Плотность и растяжимость двух последних слоев такие же, как у однослойного трубного материала (PPS). Все три слоя экструдируются одновременно из одного основного полипропиленового компонента, поэтому ожидается, что они деформируются одинаково при растяжении вплоть до разрушения.Для формирования инженерных оценок воспользуемся простейшим линейно-упругим приближением (σ = Eε) и правилом смесей (RoM).

    Поскольку диаграммы напряжение-деформация образцов PPS или PPM являются квазилинейными только в начальном интервале растяжения, заменим постепенно изгибающийся начальный участок диаграммы секущей (синяя и розовая линии) вверх по пределу прочности. σmax (). Затем мы получаем простые аналитические выражения для эффективной плотности ρ и модуля упругости E как функций свойств слоя в виде:

    E = Eeve + Eivi + Emvm = Ee (ve + vi) + Emvm

    (22 )

    Предположим, что настоящий материал PPM достигает предела прочности σmax, когда самые жесткие слои e и i достигают предела прочности σemax, как в случае деформации линейно-упругого материала.Используя эффективное напряжение:

    σ = σeve + σivi + σmvm = σe (ve + vi) + σmvm

    (23)

    и отношение предела прочности к модулю для одинаково деформированных слоев:

    затем получаем простое аналитическое выражение для эффективного предела прочности ППМ:

    σmax = σemax (ve + vi + EmEevm)

    (25)

    Остается только сравнить экспериментальные результаты с расчетами по формулам и уточнить, применима ли эта простая модель к исследуемым объектам.Это предусмотрено в. Видно, что ожидаемая эффективная плотность данных показывает совпадение экспериментальных и расчетных результатов. Экспериментальное значение эффективного модуля упругости при растяжении совпадает (с относительной разницей менее 3%) с расчетным, хотя в уравнении (22) использовались результаты интерполяции для модуля м -слойного пенопласта. Этот факт подтверждает правомерность использования интерполяционного подхода и выбранной модели для исследуемых материалов. Предел прочности при растяжении образцов ППМ отличался более заметно из-за очевидного несоответствия между пластическим течением ПП и простым линейно-упругим приближением.Тем не менее, по нашему мнению, наблюдаемая относительная разница (около 12%) все еще приемлема при использовании предложенного упрощенного подхода.

    Таблица 6

    Экспериментальные и расчетные свойства трубы PPM и ее слоев.

    8
    Параметры и характеристики Толщина
    e (мм)    		 Объем слоя
    Фракция
    v (-)    		 Плотность
    ρ м см (г / г)    		 Модуль упругости при растяжении
    E м (МПа)    		 Предел прочности при растяжении
    σmmax (МПа)
    e Эксперимент со слоем 1.08 ± 0,10 0,266 0,90 ± 0,01 880 ± 0,02 32 ± 1,0
    i -слойный эксперимент 0,81 ± 0,09 0,1893 0,90 ± 0,013 0,90 ± 0,01 32 ± 1,0
    м -слойный эксперимент 2,30 ± 0,20 0,545 0,70 ± 0,02 620 (интерполяция) не требуется
    эксперимент 420 ± 0,10 1.000 0,79 ± 0,02 720 ± 0,01 24,3 ± 0,3
    Моделирование PPM – – 0,79 740 27,1 – (21) (22) (25)

    Рассмотрим важную ситуацию, когда модули упругости слоев PPM Ee = Ei и Em и ожидаемый эффективный модуль E равны известно заранее, и необходимо определить толщину em пенопласта.Исходя из очевидного факта, что объемная доля vm слоя м представляет собой отношение его площади поперечного сечения к площади всей трубы, и по геометрическим соображениям, объемная доля vm слоя м может быть выражается как

    vm = (0,5D-ee) 2- (0,5D-e + ei) 2 (0,5D) 2- (0,5D-e) 2 = emDmmeaneDmmean

    (26)

    где em = e − ee − ei, Dmean = D − e и Dmmean = D − e − ee + ei – толщина слоя м , средний диаметр трубы и диаметр трубы в середине слой м и соответственно.Выражая vm из уравнения (22) и вставляя его в уравнение (26), мы получаем выражение, связывающее упомянутые геометрические параметры с ожидаемыми модулями растяжения как

    emDmmeaneDmean = Ee − EEe − Em

    (27)

    Таким образом, уравнения (22), (25) и (27) предлагаются для быстрого и простого определения характеристик однослойных или многослойных труб из полипропилена для инженерии. расчеты. Эти уравнения обеспечивают приемлемый уровень экспериментально подтвержденной точности.

    5.Выводы

    Настоящая работа адресована производителям и потребителям экструдированных многослойных полипропиленовых труб, которые заинтересованы в инженерных оценках их механических свойств. Несмотря на заметное неупругое поведение полипропилена, было показано, что известные аналитические формулы линейно-упругой аппроксимации позволяют с приемлемой точностью быстро и просто определить эффективные механические свойства многослойных труб. Их свойства зависят от толщины трубы и каждого ее слоя.Результаты работы позволили сделать следующие выводы:

    • ○ Продемонстрированы гладкостенные однослойные и многослойные (с пенопластом) полипропиленовые трубы производства SIA EVOPIPES с номинальным / внешним диаметром трубы 110 мм. экспериментальное соответствие тому же номинальному классу SN8 (в испытаниях кольцевой жесткости и гибкости), но показало заметно разные свойства при растяжении (модуль и предел прочности) своих материалов;
    • ○ Использование простых аналитических формул линейной интерполяции, линейного упругого приближения и правила смесей (вместо использования более строгого и трудоемкого подхода) позволяет с достаточной точностью предсказать эффективные свойства растяжения многослойного материала. материал трубы на основе экспериментальных данных для каждого слоя.Упомянутые формулы могут использоваться для оценки любых неизвестных характеристик слоев и всей трубы из других известных труб и геометрии трубы;
    • ○ Выражение, связывающее допустимую толщину многослойной полипропиленовой трубы и относительное положение пенопласта с ожидаемыми модулями растяжения всей трубы, и каждый слой можно применять для планирования процесса производства трубы, чтобы минимизировать производственные затраты путем контроля изменения свойств трубы.

    Судя по результатам расчетов МКЭ, предложенная упрощенная модель (J-C) правильно соответствовала характеристикам материала, определенным при испытаниях на прочность.Расхождения между FEM и экспериментальными результатами для кольцевой жесткости составили 10,0% для труб PPM и 4,0% для труб PPS, соответственно. Что касается характеристик растяжения, разница составила 4,6% для труб из ПФС и 9,0% для труб из ППМ. Принимая во внимание относительное стандартное отклонение экспериментальных результатов, следует подчеркнуть, что результаты FEM очень хорошо коррелируют для образцов PPS. Несколько худшие результаты были получены для образцов PPM, но это результат использования данных по пеноматериалу, полученных в результате интерполяции для многослойных труб.Если предположить, что предел прочности образцов ППМ различается больше (см.), И эти результаты были приняты в численную модель, различия будут больше.

    Эти результаты можно считать подходящими, так как эти различия были вызваны многими переменными [47,48,49], а также результатами интерполяции м -слойной пены.

    Вклад авторов

    Conceptualization, S.V. и A.A .; методологии, А.А. и R.C .; программное обеспечение, K.J .; валидация, С.В., А.A. и R.C .; формальный анализ, С.В. и K.J .; расследование, С.В. и R.C .; ресурсы, А.А. и K.J .; data curation, S.V .; письменность – оригинальная черновая подготовка, С.В. и R.C .; написание – просмотр и редактирование, А.А. и K.J .; визуализация, R.C .; надзор, А.А .; администрация проекта, С.В .; привлечение финансирования, K.J. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

    МЕХАНИЧЕСКАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ СЭНДВИЧ-ТРУБ НА ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ И ИЗГИБ

    Абстрактные

    Недавнее существенное увеличение мирового спроса на энергоресурсы и сырье ускорило разведку и добычу нефти и газа.В то же время истощение запасов нефти на суше и на мелководье ставит перед инженерами задачу по разработке новых средств добычи и транспортировки нефти и газа из суровых и удаленных районов. Сэндвич-труба (SP) – это относительно новая концепция конструкции, разработанная для транспортировки нефти в глубоких и сверхглубоких водах, а также в холодных условиях. Основное внимание в этой диссертации уделяется характеристике структурных характеристик этих новых систем. Морские глубоководные и сверхглубокие трубопроводы во время монтажа и эксплуатации подвергаются чрезмерному гидростатическому внешнему давлению.В этом исследовании было разработано инновационное аналитическое решение для оценки допустимой нагрузки на внешнее давление SP путем вычисления линейных собственных значений характеристических уравнений системы. В предлагаемом решении условие границы раздела между слоями системы учитывается в основных уравнениях. Кроме того, был разработан комплекс всеобъемлющих параметрических исследований с использованием метода конечных элементов (КЭ) для изучения упругого и пластического изгиба SP.Было изучено влияние различных структурных параметров, таких как материал, геометрические характеристики и свойства взаимодействия между слоями, на характерное поведение и давление продольного изгиба SP. В дополнение к предложенному аналитическому решению, два набора полуэмпирических уравнений, основанные на результатах анализа КЭ, были рекомендованы для расчета давления упругого и пластического изгиба ПП. Поскольку изгиб представляет собой важное состояние нагрузки при установке и сроке службы SP, его следует рассматривать в качестве основного сценария нагрузки.В этой диссертации поведение SP при изгибе было исследовано с использованием комплексного набора параметрических исследований. Системы SP с широким практическим диапазоном физических параметров были проанализированы с использованием метода FE, и было исследовано влияние различных структурных параметров на характеристический отклик и изгибную способность системы, включая геометрию трубы, свойства слоя сердцевины, анизотропию текучести материала высокой стальные трубы высокого качества и различные конфигурации внутрислойной адгезии.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *